KR20040108575A - Magnetic memory device and method of manufacturing magnetic memory device - Google Patents

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KR20040108575A
KR20040108575A KR1020040039799A KR20040039799A KR20040108575A KR 20040108575 A KR20040108575 A KR 20040108575A KR 1020040039799 A KR1020040039799 A KR 1020040039799A KR 20040039799 A KR20040039799 A KR 20040039799A KR 20040108575 A KR20040108575 A KR 20040108575A
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다이가오리
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소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

PURPOSE: A magnetic memory device and a manufacturing method thereof are provided to reduce the power consumption and the heat by simplifying the process of a peripheral circuit region while using the clad structure through forming a magnetic material layer including a high magnetic permeability layer on both side surfaces of the first wiring only within the memory cell region and on a surface opposite to a surface facing the memory device. CONSTITUTION: A magnetic memory device having magnetic material layer including high magnetic permeability layer comprises a memory cell region(6) and a peripheral circuit region(8) mounted on a substrate(10), wherein: the memory cell region(6) comprises first wiring(11), second wiring(12) that three-dimensionally intersects with the first wiring, and a magnetoresistance effect type memory device(13) disposed in an intersection region of the first and the second wiring for storing and reproducing information of a magnetic spin; the peripheral circuit region(8) comprises first wiring(61) that is in the same wiring layer as that of the first wiring(11) in the memory cell region(6), second wiring(62) that is in the same wiring layer as the second wiring(12) in the memory cell region(6), and a magnetic material layer(51) including a high magnetic permeability layer is formed on both side surfaces of the first wiring only within the memory cell region and on a surface opposite to a surface facing the memory device(13).

Description

자기기억장치 및 자기기억장치의 제조방법{Magnetic memory device and method of manufacturing magnetic memory device}Magnetic memory device and method of manufacturing magnetic memory device

본 발명은, 자기기억장치 및 자기기억장치의 제조 방법에 관계하고, 상세하게는 강자성체의 스핀 방향이 평행 혹은 반평행에 의해 저항치가 변화하는 것을 이용하여 정보를 기억하는 불휘발성의 자기기억장치 및 자기기억장치의 제조 방법에 관계한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic memory device and a method of manufacturing the magnetic memory device, and in particular, a nonvolatile magnetic memory device for storing information by using a change in resistance value due to parallel or antiparallel spin directions of a ferromagnetic material; A method of manufacturing a magnetic memory device.

정보통신기기, 특히 휴대단말 등의 개인용 소형 기기의 비약적인 보급에 수반하여, 이것을 구성하는 메모리 소자나 논리 소자 등의 소자에는, 고 집적화, 고속화, 저소비전력화 등, 한층 고성능화가 요구되어 있다. 특히 불휘발성 메모리는 유비키터스(ubiquitous) 시대에 필요 불가결의 소자라고 생각되어 있다.With the rapid spread of information communication devices, especially small personal devices such as portable terminals, devices such as memory elements and logic elements constituting this require higher performance, such as high integration, high speed, and low power consumption. In particular, nonvolatile memory is considered to be an indispensable element in the ubiquitous era.

예를 들면, 전원의 소모나 트러블, 서버와 네트워크가 무엇인가의 장해에 따라서 절단된 경우이어도, 불휘발성 메모리는 개인의 중요한 정보를 보호하는 것이 가능하다. 그리고, 불휘발성 메모리의 고밀도화, 대용량화는, 가동 부분의 존재에 의해 본질적으로 소형화가 불가능한 하드디스크나 광 디스크를 치환하는 기술로서 더욱 더 중요하게 되어 있다.For example, even in the case where power is consumed or troubles are caused, or when the server and the network are disconnected due to some kind of failure, the nonvolatile memory can protect important personal information. In addition, high density and large capacity of the nonvolatile memory are becoming more and more important as a technique for replacing a hard disk or an optical disk which cannot be miniaturized essentially due to the presence of a movable portion.

또, 최근의 휴대 기기는 불필요한 회로 블록을 스탠바이 상태로 하여 할수 있는 한 소비 전력을 억제하도록 설계되어 있지만, 고속 네트워크 메모리와 대용량 스토리지 메모리를 겸할수 있는 불휘발성 메모리를 실현할 수 있으면, 소비전력과 메모리의 쓸데 없음을 없애는 것이 가능하다. 또, 전원을 넣으면 순식간에 기동할 수 있는 이른바 인스턴트·온 기능도 고속의 대용량 불휘발성 메모리를 실현할 수 있으면 가능하게 된다.In addition, recent portable devices are designed to reduce power consumption as long as unnecessary circuit blocks can be placed in a standby state. However, power consumption and memory can be achieved if a nonvolatile memory capable of both high-speed network memory and mass storage memory can be realized. It is possible to get rid of uselessness. In addition, the so-called instant-on function, which can be started in a moment when the power supply is turned on, can be realized as long as the high speed nonvolatile memory can be realized.

불휘발성 메모리로서는, 반도체를 이용한 플래시 메모리나, 강유전체를 이용한 FRAM(Ferro electric Random Access Memory)등을 들 수 있다. 그렇지만, 플래시 메모리는, 기입 속도가 μ초의 열이기 때문에 늦는다는 결점이 있다. 또 구조가 복잡하기 때문에 고집적화가 곤란하고, 더욱이, 액세스 시간이 100ns정도로 느리다는 결점이 있다. 한편, FRAM에 있어서 재기입 가능 횟수가 1012회∼1014회에서 완전하게 정전기 랜덤 액세스 메모리(DRAM)이나 다이내믹 랜덤 액세스 메모리(SRAM)에 옮겨 놓는 데는 내구성이 낮다고 하는 문제가 지적되어 있다. 또, 강유전체 캐퍼시터의 미세 가공이 어렵다고 하는 과제도 지적되어 있다.Examples of the nonvolatile memory include flash memory using a semiconductor and Ferro electric random access memory (FRAM) using a ferroelectric. However, there is a drawback that the flash memory is slow because the writing speed is a sequence of μsec. In addition, since the structure is complicated, high integration is difficult, and furthermore, there is a drawback that the access time is as low as about 100 ns. On the other hand, there is a problem that the durability is low in completely replacing the rewritable number of times in the RAM with the number of rewrites from 12 to 14 times to the static random access memory (DRAM) or the dynamic random access memory (SRAM). Moreover, the problem that the microfabrication of a ferroelectric capacitor is difficult is also pointed out.

이들 결점을 갖지 않는 불휘발성 메모리로서 주목되고 있지만, MRAM(Magnetic Random Access Memory) 혹은 MR(Magneto Resistance) 메모리라고 불리는 자기 메모리이고, 근래의 터널 자기 저항 효과 소자(이하, TMR이라고 한다, TMR은 Tunnel Magnetic Resistance의 약칭)재료의 특성 향상에 의해주목을 모으게 되어 오고 있다(예를 들면, 비 특허 문헌 1 참조.).Although it is attracting attention as a nonvolatile memory which does not have these drawbacks, it is a magnetic memory called MRAM (Magnetic Random Access Memory) or MRR (Magneto Resistance) memory, and a recent tunnel magnetoresistive element (hereinafter referred to as TMR), TMR is Tunnel Abbreviation of Magnetic Resistance) Attention has been drawn to improving the properties of the material (see, for example, Non-Patent Document 1).

MRAM은, 구조가 단순하기 때문에 고집적화가 용이하고, 또 자기모멘트의 회전에 의해 기억을 하기때문에, 재기입 횟수가 크다고 예측되어 있다. 또, 액세스 시간에 관하여도, 상당히 고속인 것이 예상되고, 이미 100MHz으로 동작 가능하는 것이 보고되어 있다(예를 들면, 비 특허 문헌 2 참조.). 또, GMR 효과에 의해 고 출력이 얻어지도록 된 현재에서는 , 크게 개선되고 오고 있다.MRMA is expected to have a large number of rewrites because of its simple structure and easy integration, and because of its storage by rotation of the magnetic moment. In addition, regarding the access time, it is expected to be considerably high speed, and it has been reported that it can already operate at 100 MHV (for example, see Non-Patent Document 2). Moreover, in the present time, when high output is obtained by the WMR effect, it has been greatly improved.

상술한 것같이, 고속화·고 집적화가 용이하다는 장점을 가지는 MRAM이지만, 기입은 TMR 소자에 근접시켜서 설치된 비트 선과 기입용 워드선에 전류를 흘리고, 그 발생 자계에 따라서 행한다. TMR 소자의 기억층의 반전 자계는 재료에도 의하지만, 1.58kA/m∼15.8kA/m(20Oe∼200Oe)이 필요하고, 이 때의 전류는 수 mA에서 수십mA가 된다. 이것은 소비 전류의 증대에 관련하여, 소자의 저수명화, 발열, 소비 전력의 증가라고 하는 반도체 소자에 있어는 결점이 되는 것이 많다.As described above, the MRAM has the advantage of high speed and high integration, but writing is performed in accordance with the generated magnetic field by passing a current through the bit line and the writing word line provided in proximity to the TRM element. The inversion magnetic field of the memory layer of the TMR element is also based on the material, but from 1.58 Pa / m to 8.5 Pa / m (200 O to 200 O e) is required, and the current at this time is several mA to several tens of MA. This is often associated with an increase in current consumption, which is a drawback in semiconductor devices such as device life, heat generation, and power consumption increase.

이 소비 전류가 증대하는 문제를 해결하기 위해, 기입 워드선 및 비트선의 주위를 자성체층으로 실드하고, 전류가 발생하는 자속을 집중시키는 구조(이하, 클래드 구조라고 한다)가 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조.).In order to solve this problem of increasing current consumption, a structure (hereinafter referred to as a clad structure) has been proposed that shields the periphery of the write word line and the bit line with a magnetic layer and concentrates the magnetic flux generated by the current (for example, For example, see patent document 1.).

도 6에 자성체층에 따라서 형성되는 클래드 구조를 이용한 MRAM의 일부를 간략화하여 나타내는 개략 사시도를 나타낸다. 도 6에 나타낸 것같이, 워드선(11)의 주위에 대하여, 자기 저항 효과형의 기억소자(예를 들면 TMR 소자)((13))측의 면 이외를 제 1 자성체층(16)으로 덮고 자속을 기억소자((13))에집중시키도록 하고 있다. 동일하게, 비트선(12)의 주위에 대하여, 기억소자((13))측의 면이외를 제 2자성체층(17)으로 덮고 자속을 기억소자((13))에 집중시키도록 하고 있다.Fig. 6 shows a schematic perspective view showing a simplified portion of an MRAM using a clad structure formed along a magnetic layer. As shown in FIG. 6, the magnetic material layer 16 covers the periphery of the word line 11 except for the surface of the magnetoresistive type memory element (for example, the TMR element) (13). The magnetic flux is concentrated on the memory element 13. Similarly, the second magnetic layer 17 is covered with the second magnetic layer 17 outside the surface on the side of the bit line 12 with the magnetic flux concentrated on the memory element 13.

    [특허 문헌 1][Patent Document 1]

특개2002-246566호 공보(제 4페이지, 도 6)Japanese Patent Laid-Open No. 022-246566 (Page 4, Fig. 6)

    [비 특허 문헌 1][Non-Patent Document 1]

Wang et al., "Feasibility of Ultra-Dense Spin-Tunneling Random Access Memory" IEEE Transaction on Magnetics 33 [6] (Nov. 1997) p4498-4512Wang et al., "Feasibility of Ultra-Dense Spin-Tunneling Random Access Memory" IEEE Transaction on Magnetics 33 [6] (Nov. 1997) p4498-4512

    [비 특허 문헌 2][Non-Patent Document 2]

R.Scheuerlein et al, "TA7.2 A 10ns Read and Write Non-Volatile Memory Array Using a Magnetic Tunnel Junction and FET Switch in each 셀"2000 IEEE International Solid-State Circuits Conference Digest of Papers (Feb.2000) p128-129R. Schuerlein et al, "TA7.2 A 10 ns Read and Write Non-Volatile Memory Array Using a Magnetic Tunnel Junction and FET Switch in each Cell" 2000 IEEE International Solid-State Circuits Conference Digest of Papers (Feb. 2000) p128- 129

그렇지만, 클래드 구조를 이용하는 것에 의해, 자장 효율을 높인 소자의 기입 전류치를 저감 하는 것이 가능해지는 한편, 메모리셀 이외의 주변 회로영역에 있어서, 배선의 주위를 자성 층으로 덮는 프로세스를 적용한 경우, 프로세스가 복잡하게 되기때문에, 미세한 배선에 적용하는 것이 곤란하게 되어 고집적화를 저해할 우려가 있다. 또, 주변회로영역에서는 자성 층이 배선 면적을 저감하기 때문에 배선저항을 증가시킬 우려도 있다.However, the use of the clad structure makes it possible to reduce the write current value of the device having a higher magnetic field efficiency, while applying a process of covering the periphery of the wiring with the magnetic layer in the peripheral circuit region other than the memory cell. Since it becomes complicated, it becomes difficult to apply to fine wiring, and there exists a possibility of inhibiting high integration. In the peripheral circuit region, the magnetic layer reduces the wiring area, which may increase the wiring resistance.

도 1은 본 발명의 자기기억장치에 관련되는 제 1실시의 형태를 보여 주는 개략 구성 단면도이다.1 is a schematic sectional view showing the first embodiment according to the magnetic memory device of the present invention.

도 2는 본 발명의 자기기억장치에 관련되는 제 2실시의 형태를 보여 주는 개략 구성 단면도이다.2 is a schematic sectional view showing a second embodiment according to the magnetic memory device of the present invention.

도 3은 본 발명의 자기기억장치의 제조 방법에 관련되는 제 1 실시의 형태를 보여 주는 제조 공정단면도이다.3 is a cross sectional view of the production process showing the first embodiment according to the method of manufacturing the magnetic memory device of the present invention.

도 4는 본 발명의 자기기억장치의 제조 방법에 관련되는 제 2 실시의 형태를 보여 주는 제조 공정단면도이다.4 is a cross sectional view of the production process showing the second embodiment according to the method of manufacturing the magnetic memory device of the present invention.

도 5는 본 발명의 자기기억장치의 제조 방법에 관련되는 제 3실시의 형태를 보여 주는 제조 공정단면도이다.Fig. 5 is a cross sectional view of the production process showing the third embodiment according to the method of manufacturing the magnetic memory device of the present invention.

도 6은 자성체층으로 형성되는 클래드 구조를 이용한 MRAM의 일부를 간략화하여 보여 주는 개략 사시도이다.6 is a schematic perspective view showing a simplified portion of an MRAM using a clad structure formed of a magnetic layer.

* 부호의 설명 ** Explanation of Codes *

1. 자기기억장치 6. 메모리 셀영역1. Magnetic memory device 6. Memory cell area

8. 주변회로영역 11. 반도체 소자 기판8. Peripheral Circuit Area 11. Semiconductor Device Substrate

11. 제 1배선(기입 워드선) 12. 제 2 배선(비트 선)11. First wiring (write word line) 12. Second wiring (bit line)

13. 기억소자 51. 자성체층13. Memory device 51. Magnetic layer

61. 제 1배선 M. 메모리 셀영역61. First Wiring M. Memory Cell Area

C. 주변회로영역C. Peripheral Circuit Area

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 자기기억장치 및 자기기억장치의 제조 방법이다.The present invention provides a magnetic memory device and a method of manufacturing the magnetic memory device, which are provided to solve the above problems.

본 발명의 제 1자기기억정치는 동일 기판에 메모리셀영역과 주변회로영역이 탑재된 자기기억장치이며, 상기 메모리셀영역은 제 1배선과, 상기 제 1배선과 입체적으로 교차하는 제 2배선과, 상기 제 1배선과 상기 제 2배선의 교차영역에 자기스핀의 정보를 기억하고 재생하는 자기저항효과형의 기억소자를 구비하고, 상기 주변회로영역은 상기 메모리셀영역의 제 1배선과 동일 배선층의 제 1배선과, 상기 메모리셀영역의 제 2배선과 동일 배선층의 제 2배선을 갖추고, 상기 메모리셀영역내만의 상기 제 1배선의 양측면 및 상기 기억소자에 대향하는 면과는 반대측의 면에 고투자율층으로 이루어지는 자성체층이 형성되어 있는 것이다.The first magnetic memory device of the present invention is a magnetic memory device in which a memory cell region and a peripheral circuit region are mounted on the same substrate, wherein the memory cell region includes a first wiring and a second wiring that intersects the first wiring in three dimensions. And a magnetoresistive effect memory element for storing and reproducing magnetic spin information at an intersection area between the first wiring and the second wiring, wherein the peripheral circuit area is the same wiring layer as the first wiring of the memory cell area. A first wiring of the first wiring and a second wiring of the same wiring layer as the second wiring of the memory cell region, the both sides of the first wiring only in the memory cell region and a surface opposite to the surface facing the memory element The magnetic body layer which consists of a high permeability layer in this is formed.

상기 제1 자기기억장치에서는, 메모리 셀 영역 내만 의 제 1배선의 양측면 및 기억소자에 대향하는 면과는 반대 측의 면에 고투자율층으로 이루어지는 자성체층이 형성되어 있는 것으로부터, 자성체층에 의해 제 1배선에서 발생되는 자계의 이용 효율이 높아지므로, 기억소자로의 기입전류치가 저감 된다. 더욱이, 배선을 피복하는 자성체층은, 메모리 셀 영역내에만 형성되어 있고, 그 이외의 주변 회로영역에는 형성되어 있지 않다. 그 때문에, 주변회로영역의 제 1배선에서는, 그 배선 주위에 자성체층을 형성하지 않는 만큼만 배선의 고집적화가 가능해진다. 바꾸어 말하면, 자성체층이 형성되는 것에 의한 배선 면적의 저감을 없애는 것이 가능하기 때문에, 그 만큼, 배선 면적을 증가함으로써 배선저항이 저감 된다.이것에 의해, 소비 전력의 저감, 발열 양의 저감이 이루어진다.In the first magnetic memory device, since a magnetic layer composed of a high permeability layer is formed on both sides of the first wiring only in the memory cell region and on a surface opposite to the surface facing the memory element, the magnetic layer is formed by the magnetic layer. Since the utilization efficiency of the magnetic field generated in the first wiring is increased, the write current value to the memory element is reduced. Further, the magnetic layer covering the wiring is formed only in the memory cell region, and not in the peripheral circuit region other than that. Therefore, in the first wiring of the peripheral circuit region, the wiring can be made highly integrated as long as the magnetic layer is not formed around the wiring. In other words, since it is possible to eliminate the reduction in the wiring area due to the formation of the magnetic layer, the wiring resistance is reduced by increasing the wiring area by that amount. In this way, the power consumption is reduced and the amount of heat generated is reduced. .

본 발명의 제 2자기기억장치는 동일 기판에 메모리셀영역과 주변회로영역이 탑재된 자기기억장치이며, 상기 메모리셀영역은 제 1배선과, 상기 제 1배선과 입체적으로 교차하는 제 2배선과, 상기 제 1배선과 상기 제 2배선의 교차영역에 자기스핀의 정보를 기억하고 재생하는 자기저항효과형의 기억소자를 구비하고, 상기 주변회로영역은 상기 메모리셀영역의 제 1배선과 동일 배선층의 제 1배선과, 상기 메모리셀영역의 제 2배선과 동일 배선층의 제 2배선을 갖추고, 상기 메모리셀영역내만의 상기 제 2배선의 양측면 및 상기 기억소자에 대향하는 면과는 반대측의 면에 고투자율층으로 이루어지는 자성체층이 형성되어 있는 것이다.The second magnetic memory device of the present invention is a magnetic memory device in which a memory cell region and a peripheral circuit region are mounted on the same substrate, and the memory cell region includes a first wiring and a second wiring that intersects the first wiring in three dimensions. And a magnetoresistive effect memory element for storing and reproducing magnetic spin information at an intersection area between the first wiring and the second wiring, wherein the peripheral circuit area is the same wiring layer as the first wiring of the memory cell area. A first wiring of < RTI ID = 0.0 > and < / RTI > a second wiring of the same wiring layer as the second wiring of the memory cell region, the both sides of the second wiring only in the memory cell region and a surface opposite to the surface facing the memory element. The magnetic body layer which consists of a high permeability layer in this is formed.

상기 제 2자기기억장치에서는, 메모리 셀 영역 내만의 제 2 배선의 양측면 및 기억소자에 대향하는 면과는 반대 측의 면에 고투자율층으로 이루어지는 자성체층이 형성되어 있는 것으로부터, 자성체층에 의해 제 2배선에서 발생되는 자장의 이용 효율이 높게 되므로, 기억소자로의 기입 전류치가 저감 된다. 더욱이, 배선을 피복하는 자성체층은, 메모리 셀 영역내에만 형성되어 있고, 그 이외의 주변 회로영역에는 형성되어 있지 않다. 그 때문에, 배선 주위에 자성체층을 형성하지 않는 만큼만 배선의 고집적화가 가능해진다. 바꾸어 말하면, 자성체층이 형성되는 것에 의한 배선 면적의 저감을 없애는 것이 가능하기 때문에, 그 만큼, 배선 면적을 증가함으로써 배선저항이 저감된다. 이것에 의해, 소비 전력의 저감, 발열양의 저감이 이루어진다.In the second magnetic memory device, a magnetic layer composed of a high permeability layer is formed on both sides of the second wiring only in the memory cell region and on a surface opposite to the surface facing the memory element. Since the utilization efficiency of the magnetic field generated in the second wiring becomes high, the write current value to the memory element is reduced. Further, the magnetic layer covering the wiring is formed only in the memory cell region, and not in the peripheral circuit region other than that. Therefore, the high integration of the wiring can be achieved only as long as the magnetic layer is not formed around the wiring. In other words, since it is possible to eliminate the reduction in the wiring area due to the formation of the magnetic layer, the wiring resistance is reduced by increasing the wiring area by that amount. This reduces power consumption and heat generation.

본 발명의 자기기억장치의 제 1제조방법은 동일 기판에 메모리셀영역과 주변회로영역이 탑재된 자기기억장치의 제조방법이며, 제 1배선을 형성하는 공정과, 터널절연층을 강자성체로 끼워서 이루어진 것으로 상기 제 1배선과 전기적으로 절연된 터널자기저항소자를 형성하는 공정과, 상기 터널자기저항소자와 전기적으로 접속하는 것으로 상기 터널 자기저항소자를 사이에 하여 상기 제 1배선과 입체적으로 교차하는 제 2배선을 형성하는 공정을 갖추고, 상기 제 2배선을 형성하는 공정과, 상기 메모리셀영역의 제 2배선을 형성하는 공정과, 상기 주변회로영역의 제 2배선을 형성하는 공정으로 이루어지고, 상기 메모리셀영역의 제 2배선을 형성하는 공정은 상기 기판의 메모리셀영역을 형성하는 영역에 배선홈을 형성하는 공정과, 상기 배선홈의 측면에 고투자율층으로 이루어지는 자성체층을 형성하는 공정과, 상기 배선홈의 측면에 상기 자성체층을 통하여 제 1배선을 형성하는 공정을 갖춘 것을 특징으로 하는 자기기억장치의 제조방법.A first manufacturing method of a magnetic memory device of the present invention is a method of manufacturing a magnetic memory device in which a memory cell region and a peripheral circuit region are mounted on the same substrate, and a process of forming a first wiring and sandwiching a tunnel insulating layer with a ferromagnetic material. Forming a tunnel magnetoresistive element that is electrically insulated from the first wiring; and electrically connecting the tunnel magnetoresistive element so that the tunnel magnetoresistive element intersects the first wiring in three dimensions. Forming a second wiring; forming a second wiring; forming a second wiring of the memory cell region; and forming a second wiring of the peripheral circuit region. The process of forming the second wiring of the memory cell region may include forming a wiring groove in the region forming the memory cell region of the substrate, and And a step of forming a magnetic layer made of a high permeability layer, and forming a first wiring on the side of the wiring groove through the magnetic layer.

상기 자기기억장치의 제 1제조방법에서는 제 1배선을 형성하는 공정은, 메모리셀 영역의 제 1배선을 형성하는 공정과, 주변 회로영역의 제 1배선을 형성하는 공정으로 이루어지고, 메모리 셀영역의 제 1배선을 형성하는 공정에서, 제 1배선의 양측면 및 기억소자에 대향하는 면과는 반대 측의 면에 고투자율층으로 이루어지는 자성체층을 설치한 제 1배선이 형성되는 것으로 부터, 자성체층에 의해 제 1배선에서 발생되는 자계의 이용 효율이 높게되므로, 기억소자로의 기입 전류치가 저감되는 구조가 된다. 더욱이, 메모리 셀 영역의 제 1배선을 형성하는 공정과, 주변회로영역의 제 1배선을 형성하는 공정을 별개의 공정으로 행하므로, 배선을 피복하는 자성체층은 메모리 셀 영역 내에만 형성하는 것이 가능하고, 그 이외의 주변회로영역에는 형성되지 않는다. 그 때문에, 주변회로영역의 제 1배선에서는 , 배선 주위에 자성체층을 형성하지 않는 만큼만 배선의 고집적화가 가능해진다. 바꾸어 말하면, 자성체층이 형성되는 것에 의한 배선 면적의 저감을 없애는 것이 가능하므로, 그 만큼 배선 면적이 증가함으로써 배선 저항이 저감 된다. 이것에 의해, 소비 전력의 저감, 발열 양의 저감이 이루어지는 배선구조가 형성된다.In the first manufacturing method of the magnetic memory device, the process of forming the first wiring includes the process of forming the first wiring of the memory cell region and the process of forming the first wiring of the peripheral circuit region. In the step of forming the first wiring of the first wiring, the magnetic layer is formed by forming a first wiring having a high magnetic permeability layer formed on both sides of the first wiring and a surface opposite to the memory element. As a result, the utilization efficiency of the magnetic field generated in the first wiring becomes high, resulting in a structure in which the write current value to the storage element is reduced. Furthermore, since the process of forming the first wiring of the memory cell region and the process of forming the first wiring of the peripheral circuit region are performed in separate processes, the magnetic layer covering the wiring can be formed only in the memory cell region. It is not formed in other peripheral circuit areas. Therefore, in the first wiring of the peripheral circuit region, the wiring can be highly integrated as long as the magnetic layer is not formed around the wiring. In other words, since it is possible to eliminate the reduction in the wiring area due to the formation of the magnetic layer, the wiring resistance is reduced by increasing the wiring area by that amount. This forms a wiring structure in which power consumption is reduced and heat generation is reduced.

본 발명의 자기기억장치의 제 2제조방법은 동일 기판에 메모리셀영역과 주변회로영역을 형성하는 자기기억장치의 제조방법이며, 제 1배선을 형성하는 공정과, 터널절연층을 강자성체로 끼워서 이루어진 것으로 상기 제 1배선과 전기적으로 절연된 터널자기저항소자를 형성하는 공정과, 상기 터널자기저항소자와 전기적으로 접속하는 것으로 상기 터널 자기저항소자를 사이에 하여 상기 제 1배선과 입체적으로 교차하는 제 2배선을 형성하는 공정을 갖추고, 상기 제 1배선을 형성하는 공정과, 상기 메모리셀영역의 제 1배선을 형성하는 공정과, 상기 주변회로영역의 제 1배선을 형성하는 공정으로 이루어지고, 상기 메모리셀영역의 제 1배선을 형성하는 공정은 상기 기판의 메모리셀영역을 형성하는 영역에 배선홈을 형성하는 공정과, 상기 배선홈의 내면에 고투자율층으로 이루어지는 자성체층을 형성하는 공정과, 상기 배선홈의 내부에 상기 자성체층을 통하여 제 1배선을 형성하는 공정을 갖춘 제조방법이다.A second manufacturing method of the magnetic memory device of the present invention is a method of manufacturing a magnetic memory device for forming a memory cell region and a peripheral circuit region on the same substrate, the process of forming the first wiring and the tunnel insulating layer sandwiched by a ferromagnetic material Forming a tunnel magnetoresistive element that is electrically insulated from the first wiring; and electrically connecting the tunnel magnetoresistive element so that the tunnel magnetoresistive element intersects the first wiring in three dimensions. And forming a first wiring, forming a first wiring of the memory cell region, and forming a first wiring of the peripheral circuit region. The process of forming the first wiring of the memory cell region includes forming a wiring groove in an area forming the memory cell region of the substrate, and an inner surface of the wiring groove. And a step of forming a magnetic layer composed of a high permeability layer on the substrate, and a step of forming a first wiring in the wiring groove through the magnetic layer.

상기 자기기억장치의 제 2제조방법에서는 제 2배선을 형성하는 공정은, 메모리셀 영역의 제 2배선을 형성하는 공정과, 주변 회로영역의 제 2배선을 형성하는 공정으로 이루어지고, 메모리 셀영역의 제 2배선을 형성하는 공정에서, 제 2배선의양측면 및 기억소자에 대향하는 면과는 반대 측의 면에 고투자율층으로 이루어지는 자성체층을 설치한 제 2배선이 형성되는 것으로 부터, 자성체층에 의해 제 2배선에서 발생되는 자장의 이용 효율이 높게되므로, 기억소자로의 기입 전류치가 저감되는 구조가 된다. 더욱이, 메모리 셀 영역의 제 2배선을 형성하는 공정과, 주변회로영역의 제 2배선을 형성하는 공정을 별개의 공정으로 행하므로, 배선을 피복하는 자성체층은 메모리 셀 영역 내에만 형성하는 것이 가능하고, 그 이외의 주변회로영역에는 형성되지 않는다. 그 때문에, 주변회로영역의 제 2배선에서는 , 배선 주위에 자성체층을 형성하지 않는 만큼만 배선의 고집적화가 가능해진다. 바꾸어 말하면, 자성체층이 형성되는 것에 의한 배선 면적의 저감을 없애는 것이 가능하므로, 그 만큼 배선 면적이 증가함으로써 배선 저항이 저감 된다. 이것에 의해, 소비 전력의 저감, 발열 양의 저감이 이루어지는 배선구조가 형성된다.In the second manufacturing method of the magnetic memory device, the process of forming the second wiring includes the process of forming the second wiring of the memory cell region and the process of forming the second wiring of the peripheral circuit region. In the step of forming the second wiring, the magnetic layer is formed by forming a second wiring having a high magnetic permeability layer formed on both sides of the second wiring and a surface opposite to the memory element. As a result, the utilization efficiency of the magnetic field generated in the second wiring becomes high, resulting in a structure in which the write current value to the memory element is reduced. Furthermore, since the process of forming the second wiring of the memory cell region and the process of forming the second wiring of the peripheral circuit region are performed in separate processes, the magnetic layer covering the wiring can be formed only in the memory cell region. It is not formed in other peripheral circuit areas. Therefore, in the second wiring of the peripheral circuit region, the wiring can be highly integrated as long as the magnetic layer is not formed around the wiring. In other words, since it is possible to eliminate the reduction in the wiring area due to the formation of the magnetic layer, the wiring resistance is reduced by increasing the wiring area by that amount. This forms a wiring structure in which power consumption is reduced and heat generation is reduced.

본 발명의 자기기억장치에 관계하는 제 1실시의 형태를, 도 1의 개략 구성 단면도에 의해 설명한다. 본 발명의 제 1실시의 형태는, 메모리 셀 영역의 기입 워드선에서 발하는 전류 자계를 효율 좋게 기억층에 집중시킬수 있도록 자성체층을 형성하고, 주변회로영역에는 자성체층을 형성하지 않는 배선을 배치한 것이다.A first embodiment according to the magnetic memory device of the present invention will be described with a schematic sectional view of FIG. In the first embodiment of the present invention, the magnetic layer is formed so that the current magnetic field emitted from the write word line in the memory cell region can be efficiently concentrated in the memory layer, and the wiring not forming the magnetic layer is disposed in the peripheral circuit region. will be.

도 1에 나타낸 것같이, 소자, 배선, 절연막등이 형성된 반도체 소자기판(10)이 있다. 이 반도체 소자기판(10)은, 예를 들면, 반도체 기판(예를 들면 p형 반도체 기판)의 표면 측에 p형 웰 영역이 형성되어, 이 p형 웰영역에, 트랜지스터 형성영역을 분리하는 소자분리영역이, 이른바 STI(Shallow Trench Isolation)으로 형성되어 있다. 상기 p형 웰영역 상에는, 게이트 절연막을 사이에 두고 게이트 전극(워드선)이 형성되어, 게이트 전극의 양측에 있어서의 p형 웰영역에는 확산층 영역(예를 들면 N+ 확산층 영역)이 형성되어, 선택용 전계효과형 트랜지스터가 구성되어 있다. 이 전계효과 트랜지스터는 읽기를 위한 스위치소자로서 기능한다. 이것은, n형 또는 p형전계효과 트랜지스터 외에, 다이오드, 바이폴라 트랜지스터 등의 각종 스위치 소자를 이용하는 것도 가능하다.As shown in Fig. 1, there is a semiconductor element substrate 10 on which elements, wirings, insulating films and the like are formed. In the semiconductor device substrate 10, for example, a trench well region is formed on the surface side of a semiconductor substrate (for example, a trench semiconductor substrate), and an element for separating the transistor formation region in the trench well region. The isolation region is formed of so-called shallow trench isolation (STI). On the X-well region, a gate electrode (word line) is formed with a gate insulating film interposed therebetween, and a diffusion layer region (for example, an N + diffusion layer region) is formed in the X-type well region on both sides of the gate electrode. A field effect transistor for selection is constructed. This field effect transistor functions as a switch element for reading. It is also possible to use various switch elements, such as a diode and a bipolar transistor, in addition to an n type or a V type field effect transistor.

상기 전계효과형 트랜지스터를 덮는 상태에 제 1절연막이 형성되어, 이 제 1A first insulating film is formed in a state covering the field effect transistor, and the first insulating film is formed.

절연막(41)에 상기 확산층 영역에 접속하는 콘택트(예를 들면 텅스텐 플러그)가 형성되어 있다. 더욱이 제 1 절연막상에는 콘택트에 접속하는 센스선(도시생략), 접속용 전극(31) 등이 형성되어 있다.A contact (for example, tungsten plug) for connecting to the diffusion layer region is formed in the insulating film 41. Furthermore, on the first insulating film, a sense line (not shown) to be connected to the contact, an electrode 31 for connection, and the like are formed.

상기 제 1절연막상에는 제 2절연막(42)이 형성되어 있다. 메모리 셀영역(6)에서의 제 2절연막(42)은, 센스선(도시 생략), 접속용 전극(31)등을 덮는다. 또 제 2절연막(42)에는 상기 접속용 전극(31)에 접속하는 컨택트(예를 들면 텅스텐 플러그)(32)이 형성되어 있다. 더욱이 상기 제 2절연막(42)위에는, 컨택트(32)에 접속하는 접속용 전극(33), 제 1배선(기입 워드선)(11) 등이 형성되어 있다. 이하, 기입 워드선으로서 설명한다. 상기 기입 워드선(11)에는, 기입 워드선(11)의 양측면 및 터널 자기 저항 소자(이하 TMR이라고 한다)(13)에 대향하는 면과는 반대 측의 면을 포위하도록, 고투자율층으로 이루어지는 자성체층(51)이 설치되어 있다. 한편, 주변회로영역(8)에서의 상기 제2절연막상(42)에는, 주변회로영역(8)의 제 1배선(61)이 형성되어 있다. 이 제 1배선(61)의 측벽 및 저면 측에는 자성체층은 형성되어 있지 않다.A second insulating film 42 is formed on the first insulating film. The second insulating film 42 in the memory cell region 6 covers the sense line (not shown), the connection electrode 31, and the like. In the second insulating film 42, a contact (for example, a tungsten plug) 32 for connecting to the connection electrode 31 is formed. Further, on the second insulating film 42, a connecting electrode 33 to be connected to the contact 32, a first wiring (write word line) 11 and the like are formed. A description will be given as a write word line below. The write word line 11 is formed of a high permeability layer so as to surround both sides of the write word line 11 and a surface opposite to the surface facing the tunnel magnetoresistive element (hereinafter referred to as TMR) 13. The magnetic body layer 51 is provided. On the other hand, the first wiring 61 of the peripheral circuit region 8 is formed on the second insulating film 42 in the peripheral circuit region 8. Magnetic layers are not formed on the sidewalls and bottom surfaces of the first wirings 61.

또 자성체층(51)을 구성하는 고투자율 재료에는, 예를 들면 최대 투자율μm이 100 이상의 연자성체를 이용하는 것이 가능하고, 구체적으로는, 일례로서 니켈·철·코발트를 포함하는 합금, 철·알루미늄(FeAl) 합금 혹은 ferite 합금을 이용하는 것이 가능하다. 또한, 기입 워드선(11)과 자성체층(51)의 사이에 전기적 절연층을 설치하지 않는 경우, 자성체층(51)에는 전류 손실을 막기 위해 비 저항율이 높은 연자성막을 이용하는 것이 바람직하다.As the high permeability material constituting the magnetic body layer 51, for example, a soft magnetic material having a maximum magnetic permeability μm of 100 or more can be used. Specifically, for example, an alloy containing nickel iron cobalt, iron aluminum It is possible to use a (FeAl) alloy or a ferite alloy. In the case where no electrical insulating layer is provided between the write word line 11 and the magnetic layer 51, it is preferable to use a soft magnetic film having a high resistivity in order to prevent current loss.

메모리 셀영역(6)에서의 상기 제 2절연막(42)위에는, 상기 기입 워드선(제 1배선)(11), 자성체층(51), 접속용 전극(33), 주변회로영역(8)의 제 1배선(61) 등을 덮는 제 3절연막(43)이 형성되어 있다. 이 제 3절연막(43)은, 예를 들면, 에칭 스토퍼가 되는 절연막, 층간 절연막, 에칭 스토퍼가 되는 절연막, 층간 절연막을 하층부터 순서대로 적층한 구조가 되어 있다. 기입 워드선(제 1배선)(11), 제 1배선(61)을, 예를 들면 매립 동배선으로 형성하는 경우에는, 상층의 에칭 스토퍼가 되는 절연막을 구리의 확산을 방지하는 동시에, 동배선에의 산소의 침입을 방지하는 막으로서도 기능하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 질화막으로 형성된다. 이 제 3절연막(43)에는, 상기 접속용 전극(33)에 접속하는 플러그(34), 주변회로영역(8)의 제 1배선(61)에 접속하는 플러그(71)가 형성되어 있다.On the second insulating film 42 in the memory cell region 6, the write word line (first wiring) 11, the magnetic layer 51, the connecting electrode 33, and the peripheral circuit region 8 A third insulating film 43 covering the first wiring 61 and the like is formed. The third insulating film 43 has a structure in which, for example, an insulating film serving as an etching stopper, an interlayer insulating film, an insulating film serving as an etching stopper, and an interlayer insulating film are laminated in order from the lower layer. When the write word line (first wiring) 11 and the first wiring 61 are formed of, for example, a buried copper wiring, an insulating film serving as an upper etching stopper prevents diffusion of copper and simultaneously copper wiring. It is preferable to also function as a film for preventing the ingress of oxygen into the material, and is formed of, for example, a nitride film. The third insulating film 43 is provided with a plug 34 for connecting to the connecting electrode 33 and a plug 71 for connecting to the first wiring 61 of the peripheral circuit region 8.

더욱이, 메모리 셀영역(6)에서의 상기 제 3절연막(43)위에는, 상기 기입워드선(11) 상방에서 상기 플러그(34)에 접속하는 반강자성체층(305)이 형성되어, 이 반강자성체층(305) 위에서 또 상기 기입 워드선(11)의 상방에는, 기억소자(이하, TMR 소자라고 한다)(13)이 형성되어 있다. 이 기억소자(13)는, 일례로서, 강 자성체층으로 이루어지는 자화고정층과, 자화고정층상에 형성된 터널절연층과, 터널절연층상에 형성된 것으로 자화가 비교적 용이하게 회전하는 기억층과, 기억층상에 형성된 캡층으로 구성되어 있다. 또한, 반강자성체층(305)위에 자화고정층을 연장한 상태로 바이패스선(도면에서는 반강자성체층(305)과 일체로 그려져 있다)이 구성되어 있다.Furthermore, on the third insulating film 43 in the memory cell region 6, an antiferromagnetic layer 305 is formed which is connected to the plug 34 above the write word line 11, thereby forming the antiferromagnetic layer. A memory element (hereinafter referred to as TMR element) 13 is formed above the write word line 11 above the line 305. The memory element 13 is, for example, a magnetization fixing layer made of a ferromagnetic layer, a tunnel insulation layer formed on the magnetization fixing layer, a memory layer on which the magnetization rotates relatively easily by being formed on the tunnel insulation layer, and on the memory layer. It consists of the formed cap layer. In addition, a bypass line (shown integrally with the antiferromagnetic layer 305 in the drawing) is formed on the antiferromagnetic layer 305 with the magnetization fixing layer extending.

메모리 셀영역(6)에서의 상기 제3절연막(43) 위에는 상기 기억소자(13)등을 덮는 제 4절연막(44)이 형성되어 있다. 이 제 4절연막(44)은 표면이 평탄화되고, 상기 기억소자(13)의 최상층의 캡층 표면이 노출되어 있다. 상기 제 4절연막(44)위에는, 상기 기억소자(13)의 상면에 접속하는 것이고 또한 상기 기입 워드선(11)과 상기 기억소자(13)을 사이로 하여 입체적으로 교차(예를 들면 직교)하는 제 2배선(비트 선)(12)이 형성되어 있다.A fourth insulating film 44 covering the memory element 13 and the like is formed on the third insulating film 43 in the memory cell region 6. The surface of the fourth insulating film 44 is flattened, and the top surface of the cap layer of the memory element 13 is exposed. The fourth insulating film 44 is connected to an upper surface of the memory element 13 and is formed to intersect (for example, orthogonally) three-dimensionally with the write word line 11 and the memory element 13 interposed therebetween. Two wirings (bit lines) 12 are formed.

한 편, 주변회로영역(8)에서의 제 4절연막(44)위에는, 주변회로영역(8)의 제 2배선(62)이 형성되어 있다. 또 제 4절연막(44)중에는, 상기 제1 배선(61)에 접속되는 플러그(71)와 상기 제2배선(62)에 접속하는 플러그(72)가 형성되어 있다. 이 플러그(71, 72)는 일체로 형성된 것이어도 좋다.On the other hand, on the fourth insulating film 44 in the peripheral circuit region 8, the second wiring 62 of the peripheral circuit region 8 is formed. In the fourth insulating film 44, a plug 71 connected to the first wiring 61 and a plug 72 connected to the second wiring 62 are formed. The plugs 71 and 72 may be formed integrally.

상기 기억소자(13)는, 터널 자기 저항(TMR:Tunnel Magnetic Resistance)효과를 가지는 것이면 좋고, 상기 구성에 한정되는 것은 아니다. 일례로서, 상기 반강자성체층(305) 위에 형성되는 자화고정층을, 제 1자화고정층과 자성층이 반강자성적으로 결합할 것 같은 도전체층과 제 2자화고정층을 순서대로 적층하고 형성하는 것도 가능하다. 이 자화고정층은 적층 구조이어도, 강자성체층의 단층구조이어도 좋고, 혹은 3층 이상의 강자성체층을, 도전체층을 끼우고 적층시킨 구조이어도 좋다. 또 상기 반강자성체층(305)의 아래에, TMR 소자와 직렬로 접속되는 스위치 소자와의 접속에 이용되는 하지 도전층(도시 생략)을 형성하는 것도 가능하다. 또, 하지 도전층을 반강자성체층(305)에 의해 겸하는 것도 가능하다.The memory element 13 should just have a tunnel magnetic resistance (TMR) effect, and is not limited to the said structure. As an example, the magnetization fixing layer formed on the antiferromagnetic layer 305 may be formed by laminating and forming a conductor layer and a second magnetization fixing layer in which the first magnetization fixing layer and the magnetic layer are antiferromagnetically coupled. The magnetization fixing layer may be a laminated structure, a single layer structure of a ferromagnetic layer, or may be a structure in which three or more ferromagnetic layers are laminated with a conductor layer interposed therebetween. It is also possible to form a ground conductive layer (not shown) used for connection with a switch element connected in series with the TMR element under the antiferromagnetic layer 305. It is also possible to serve as the base conductive layer by the antiferromagnetic layer 305.

상기 기억층, 제 1자화고정층은, 예를 들면, 니켈, 철 혹은 코발트, 또는 니켈, 철 및 코발트중 적어도 2 종류로 이루는 합금과 같은 강자성체로 이루어진다. 상기 도전체층은, 예를 들면, 루테늄, 구리, 크롬, 금, 은 등으로 형성된다.The memory layer and the first magnetization fixing layer are made of, for example, ferromagnetic material such as nickel, iron or cobalt, or an alloy made of at least two kinds of nickel, iron, and cobalt. The conductor layer is formed of, for example, ruthenium, copper, chromium, gold, silver, or the like.

상기 제 1자화고정층은, 반강자성체층과 접하는 상태에 형성되어 있고, 이들 층간에 움직이는 교환 상호작용에 의해, 제 1자화고정층은, 강한 일방향의 자기이방성을 갖고 있다.The first magnetized pinned layer is formed in contact with the antiferromagnetic layer, and the first magnetized pinned layer has strong one-way magnetic anisotropy due to the exchange interaction between the layers.

상기 반강자성체층은, 예를 들면, 철·망간 합금, 니켈·망간 합금, 백금 망간 합금, 이리듐·망간 합금, 로듐·망간 합금, 코발트 산화물 및 니켈 산화물중 1 종류를 이용하는 것이 가능하다.As the antiferromagnetic layer, for example, one kind of iron-manganese alloy, nickel-manganese alloy, platinum manganese alloy, iridium-manganese alloy, rhodium-manganese alloy, cobalt oxide and nickel oxide can be used.

상기 터널절연층은, 예를 들면, 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 규소, 질화 알루미늄, 질화 마그네슘, 질화 규소, 산화 질화 알루미늄, 산화 질화 마그네슘 혹은 산화 질화 규소로 이룬다.The tunnel insulating layer is made of, for example, aluminum oxide, magnesium oxide, silicon oxide, aluminum nitride, magnesium nitride, silicon nitride, aluminum oxide nitride, magnesium oxide, or silicon oxynitride.

상기 터널절연층은, 상기 기억층과 상기 자화고정층과의 자기적 결합을 끊는 동시에, 터널 전류를 흘리기 위한 기능을 가진다. 이들 자성막 및 도전체막은, 주로, 스퍼터링법에 의해 형성된다. 터널절연층은, 스퍼터링법에 의해 형성된 금속막을 산화, 질화 혹은 산화 질화 시키는 것에 의해 얻을 수 있다.The tunnel insulating layer has a function of breaking a magnetic coupling between the storage layer and the magnetization fixing layer and flowing a tunnel current. These magnetic films and conductor films are mainly formed by the sputtering method. The tunnel insulating layer can be obtained by oxidizing, nitriding or oxynitriding a metal film formed by sputtering.

상기 캡층은, 기억소자(13)와 다른 기억소자(13)를 접속하는 배선과의 상호 확산방지, 접촉 저항 저감 및 기억층의 산화 방지라고 하는 기능을 가진다. 통상, 구리, 질화 탄탈, 탄탈, 질화 티탄등의 재료에 의해 형성되어 있다.The cap layer has functions of preventing diffusion between the memory element 13 and the wiring connecting the other memory element 13, reducing contact resistance, and preventing oxidation of the memory layer. Usually, it forms with materials, such as copper, tantalum nitride, tantalum, and titanium nitride.

다음에 상기 자기기억장치(1)의 동작을 설명한다. 상기 기억소자(13)에서는 자기저항효과에 의한 터널 전류 변화를 검출하고 정보를 읽어 내지만, 그 자기 저항 효과는 기억층과 자화고정층과의 상대자화방향에 의존한다.Next, the operation of the magnetic memory device 1 will be described. The memory element 13 detects the tunnel current change due to the magnetoresistive effect and reads out information, but the magnetoresistive effect depends on the relative magnetization direction between the memory layer and the magnetization pinned layer.

또 상기 기억소자 (13)에서는 , 비트선(12) 및 기입 워드선(11)에 전류를 흘리고, 그 합성 자계에서 기억층의 자화의 방향을 바꾸고「1」 또는 「0」을 기록한다. 읽기는 자기 저항 효과에 의한 터널 전류 변화를 검출하여 행한다. 기억층과 자화고정층의 자화 방향이 같은 경우를 저(低) 저항(이것을 예를 들면「0」으로 한다)으로 하고, 기억층과 자화고정층의 자화 방향이 반 평행의 경우를 고 저항(이것을 예를 들면 「1」이라고 한다)으로 한다.In the memory device 13, a current flows through the bit line 12 and the write word line 11, and the magnetization direction of the storage layer is changed in the synthesized magnetic field, and " 1 " or " 0 " The reading is performed by detecting the tunnel current change due to the magnetoresistive effect. The case where the magnetization directions of the memory layer and the magnetization pinned layer are the same is referred to as low resistance (this is referred to as "0", for example). For example, "1").

상기 자기기억장치(1)에서는, 메모리 셀영역(6)만의 제 1배선(기입워드선)(11)의 양측면 및 기억소자(13)에 대향하는 면과는 반대 측의 면에 고투자율층으로 이루어지는 자성체층(51)이 형성되어 있으므로, 자성체층(51)에 의해 제 1배선(11)에서 발생되는 자계의 이용 효율이 높아지기 때문에, 기억소자 (13)에의 기입 전류치가 저감 된다. 더욱이, 제 1배선을 피복하는 자성체층(51)은, 메모리셀영역(6)내에만 형성되어 있고, 그 이외의 주변회로영역(8)에는 형성되어 있지 않다. 그 때문에, 주변회로영역(8)에서는 제 1배선(61) 주위에 자성체층을 형성하지 않는 만큼만 제 1배선(61)의 고 집적화가 가능해진다. 바꾸어 말하면, 자성체층이 형성되는 것에 의한 배선 면적의 저감을 없애는 것이 가능하기 때문에, 그 만큼, 제 1배선(61)의 배선 면적을 증가시킴으로써 배선의 단면적이 증가한다. 따라서, 배선저항이 저감되기 때문에, 소비 전력의 저감, 발열 양의 저감이 이루어진다.In the magnetic memory device 1, a high permeability layer is provided on both sides of the first wiring (write word line) 11 of the memory cell region 6 alone and on the surface opposite to the surface facing the memory element 13. Since the magnetic layer 51 is formed, the use efficiency of the magnetic field generated in the first wiring 11 is increased by the magnetic layer 51, so that the write current value to the memory element 13 is reduced. Further, the magnetic layer 51 covering the first wiring is formed only in the memory cell region 6, and not in the peripheral circuit region 8 other than that. Therefore, in the peripheral circuit region 8, the high integration of the first wiring 61 is possible only as long as the magnetic layer is not formed around the first wiring 61. In other words, since it is possible to eliminate the reduction in the wiring area due to the formation of the magnetic layer, the cross-sectional area of the wiring increases by increasing the wiring area of the first wiring 61 by that amount. Therefore, wiring resistance is reduced, so that power consumption is reduced and heat generation is reduced.

다음에, 본 발명의 자기기억장치에 관련되는 제 2 실시의 형태를, 도 2의 개략 구성 단면도에 의해 설명한다. 도 2의 (2)는 도 2의 (1)에서의 메모리 셀영역(6)에 형성되는 비트 선의 폭 방향 단면을 보여 준다.Next, the second embodiment according to the magnetic memory device of the present invention will be described with a schematic sectional view of FIG. 2. FIG. 2 (2) shows a cross section in the width direction of the bit lines formed in the memory cell region 6 in FIG.

본 발명의 제 2 실시의 형태는, 메모리 셀영역(6)의 비트 선에서 발하는 전류자계를 효율 좋게 기억층에 집중시키는 것이 가능하도록 자성체층을 형성하고, 주변회로영역 8에는 자성체층을 형성하지 않는 제 2 배선을 배치한 것이다.In the second embodiment of the present invention, the magnetic layer is formed so that the current magnetic field emitted from the bit line of the memory cell region 6 can be efficiently concentrated in the memory layer, and the magnetic layer is not formed in the peripheral circuit region 8. The second wiring is arranged.

도 2에 나타낸 것같이, 소자, 배선, 절연막 등이 형성된 반도체 소자기판(10)이 있다. 이 반도체 소자기판(10)은, 예를 들면, 반도체 기판(예를 들면 p형 반도체 기판)의 표면 측에 p형 웰영역이 형성되어, 이 p형 웰 영역에, 트랜지스터 형성영역을 분리하는 소자분리영역이, 이른바 STI(Shallow Trench Isolation)으로 형성되어 있다. 상기 p형 웰영역 상에는, 게이트 절연막을 사이에 두고 게이트 전극(워드선)이 형성되어, 게이트 전극의 양측에서의 p형 웰영역에는 확산층 영역(예를 들면 N+확산층 영역)이 형성되어, 선택용 전계효과형 트랜지스터가 구성되어 있다. 이 전계효과 트랜지스터는 읽기를 위한 스위치소자로서 기능한다. 이것은, n형 또는 p형 전계효과 트랜지스터 외에, 다이오드, 바이폴라 트랜지스터등의 각종 스위치 소자를 이용하는 것도 가능하다.As shown in Fig. 2, there is a semiconductor element substrate 10 on which elements, wirings, insulating films and the like are formed. In the semiconductor device substrate 10, for example, a trench well region is formed on the surface side of a semiconductor substrate (for example, a trench semiconductor substrate), and an element for separating the transistor formation region in the trench well region. The isolation region is formed of so-called shallow trench isolation (STI). On the X type well region, a gate electrode (word line) is formed with a gate insulating film interposed therebetween, and a diffusion layer region (for example, N + diffusion layer region) is formed in the X type well region on both sides of the gate electrode, and is selected. A field effect transistor is constructed. This field effect transistor functions as a switch element for reading. It is also possible to use various switch elements, such as a diode and a bipolar transistor, in addition to an n type or a V type field effect transistor.

상기 전계효과형 트랜지스터를 덮은 상태로 제 1 절연막이 형성되어, 이 제 1절연막(41)에 상기 확산층 영역에 접속하는 컨택트(예를 들면 텅스텐 플러그)가 형성되어 있다. 더욱이 제 1 절연막상에는 컨택트에 접속하는 센스선(도시 생략), 접속용 전극(31)등이 형성되어 있다.A first insulating film is formed while covering the field effect transistor, and a contact (for example, a tungsten plug) for connecting to the diffusion layer region is formed in the first insulating film 41. Furthermore, on the first insulating film, a sense line (not shown) connected to the contact, a connecting electrode 31, and the like are formed.

상기 제1 절연막상에는 제 2절연막(42)이 형성되어 있다. 메모리 셀영역(6) 에서의 제 2절연막(42)은, 상기 센스선, 접속용 전극(31)등을 덮는다. 또 제 2절연막(42)에는 상기 접속용 전극(31)에 접속하는 컨택트(예를 들면 텅스텐 플러그)(32)가 형성되어 있다. 더욱이 상기 제 2절연막(42)위에는, 컨택트(32)에 접속하는 접속용 전극(33), 제 1배선의 기입 워드선(11)등이 형성되어 있다. 상기 기입 워드선(11)에는, 전기 제1 실시의 형태에서 설명한 것같이, 기입 워드선(11)의 양측면 및 터널 자기 저항 소자(이하 TMR이라고 한다)(13)에 대향하는 면과는 반대 측의 면을 포위하도록, 고투자율층으로 이루어지는 자성체층(51)을 설치하는 것이 보다 바람직하지만, 자성체층(51)을 설치하지 않더라도 기입워드선(11)에 의한기억소자 (13)에의 정보의 기입은 가능하다. 한 편, 주변 회로영역(8)에서의 상기 제2 절연막상(42)에는, 주변회로영역(8)의 제 1배선(61)이 형성되어 있다. 이 제 1배선(61)의 측벽 및 저면 측에는 자성체층은 형성되어 있지 않다.A second insulating film 42 is formed on the first insulating film. The second insulating film 42 in the memory cell region 6 covers the sense line, the connecting electrode 31 and the like. In the second insulating film 42, a contact (for example, a tungsten plug) 32 for connecting to the connection electrode 31 is formed. Further, on the second insulating film 42, a connecting electrode 33 connected to the contact 32, a write word line 11 of the first wiring, and the like are formed. As described in the first embodiment, the write word line 11 is opposite to both sides of the write word line 11 and to a surface opposing the tunnel magnetoresistive element (hereinafter referred to as TMR) 13. Although it is more preferable to provide a magnetic layer 51 made of a high permeability layer so as to surround the surface, the writing of information to the storage element 13 by the write word line 11 even if the magnetic layer 51 is not provided. Is possible. On the other hand, the first wiring 61 of the peripheral circuit region 8 is formed on the second insulating film 42 in the peripheral circuit region 8. Magnetic layers are not formed on the sidewalls and bottom surfaces of the first wirings 61.

메모리 셀영역(6)에서의 상기 제 2절연막(42)위에는, 상기 기입 워드선(제 1배선)(11), 자성체층(51), 접속용 전극(33), 주변회로영역(8)의 제 1배선(61) 등을 덮는 제 3절연막(43)이 형성되어 있다. 이 제 3절연막(43)은, 예를 들면, 에칭정지층이 되는 절연막, 층간 절연막, 에칭 정지층이 되는 절연막, 층간 절연막을 하층부터 순서대로 적층한 구조가 되어 있다. 기입 워드선(제1 배선)(11), 제 1배선(61)을, 예를 들면 매립 동배선으로 형성하는 경우에는, 상층의 에칭 정지층이 되는 절연막을 구리의 확산을 방지하는 동시에 동배선에의 산소의 침입을 방지하는 막으로서도 기능하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 질화막으로 형성된다. 이 제 3절연막(43)에는, 상기 접속용 전극(33)에 접속하는 플러그(34), 주변회로영역(8)의 제 1배선(61)에 접속하는 플러그(71)가 형성되어 있다.On the second insulating film 42 in the memory cell region 6, the write word line (first wiring) 11, the magnetic layer 51, the connecting electrode 33, and the peripheral circuit region 8 A third insulating film 43 covering the first wiring 61 and the like is formed. The third insulating film 43 has a structure in which, for example, an insulating film serving as an etching stop layer, an interlayer insulating film, an insulating film serving as an etching stop layer, and an interlayer insulating film are laminated in order from the lower layer. In the case where the write word line (first wiring) 11 and the first wiring 61 are formed of, for example, a buried copper wiring, an insulating film serving as an upper etching stop layer prevents diffusion of copper and simultaneously copper wiring. It is preferable to also function as a film for preventing the ingress of oxygen into the material, and is formed of, for example, a nitride film. The third insulating film 43 is provided with a plug 34 for connecting to the connecting electrode 33 and a plug 71 for connecting to the first wiring 61 of the peripheral circuit region 8.

더욱이, 메모리 셀영역(6)에서의 상기 제 3절연막(43)위에는, 상기 기입워드선(11) 상방에서 상기 플러그(34)에 접속하는 반강자성체층(305)이 형성되고, 이 반강자성체층(305) 위에서 또한 상기 기입 워드선(11)의 상방에는, 기억소자(이하, TMR 소자라고 한다)(13)이 형성되어 있다. 이 기억소자(13)는, 일례로서, 강 자성체층으로 이루어지는 자화고정층과, 자화고정층상에 형성된 터널절연층과, 터널절연층상에 형성된 것으로 자화가 비교적 용이하게 회전하는 기억층과, 기억층상에 형성된 캡층으로 구성되어 있다. 또한, 반강자성체층(305)위에 자화고정층을 연장한 상태로 바이패스선(도면에서는 반강자성층(305)과 일체로 그려져 있다)이 구성되어 있다.Furthermore, on the third insulating film 43 in the memory cell region 6, an antiferromagnetic layer 305 is formed which is connected to the plug 34 above the write word line 11, and the antiferromagnetic layer Above the write word line 11 and above the write word line 11, a memory element (hereinafter referred to as a TMR element) 13 is formed. The memory element 13 is, for example, a magnetization fixing layer made of a ferromagnetic layer, a tunnel insulation layer formed on the magnetization fixing layer, a memory layer on which the magnetization rotates relatively easily by being formed on the tunnel insulation layer, and on the memory layer. It consists of the formed cap layer. In addition, a bypass line (shown integrally with the antiferromagnetic layer 305 in the drawing) is formed on the antiferromagnetic layer 305 with the magnetization fixing layer extending.

메모리 셀영역(6)에서의 상기 제3절연막(43)위에는 상기 기억소자 (13)등을 덮는 제 4절연막(44)이 형성되어 있다. 이 제 4절연막(44)은 표면이 평탄화되고, 상기 기억소자(13)의 최상층의 캡층 표면이 노출되어 있다. 상기 제 4절연막(44)위에는, 상기 기억소자(13)의 상면에 접속하는 것으로 또한 상기 기입 워드선(11)과 상기 기억소자(13)를 사이로 하여 입체적으로 교차(예를 들면 직교)하는 제 2 배선(비트 선)(12)이 형성되어 있다. 상기 비트선(12)에는, 비트선(12)의 양측면 및 터널 자기 저항 소자(이하 TMR이라고 한다)(13)에 대향하는 면과는 반대측의 면을 포위하도록, 고투자율층으로 이루어지는 자성체층(52)이 형성되어 있다.A fourth insulating film 44 covering the memory element 13 and the like is formed on the third insulating film 43 in the memory cell region 6. The surface of the fourth insulating film 44 is flattened, and the top surface of the cap layer of the memory element 13 is exposed. The fourth insulating film 44 is connected to an upper surface of the memory element 13 and is formed to cross (for example orthogonally) three-dimensionally between the write word line 11 and the memory element 13. Two wirings (bit lines) 12 are formed. In the bit line 12, a magnetic layer made of a high permeability layer so as to surround the both sides of the bit line 12 and the surface opposite to the surface opposite to the tunnel magnetoresistive element (hereinafter referred to as TMR) 13 ( 52) is formed.

한 편, 주변회로영역(8)에서의 제 4절연막(44)위에는, 주변회로영역(8)의 제 2배선(62)이 형성되어 있다. 이 제 2 배선(62)의 측벽 및 저면 측에는 자성체층은 형성되어 있지 않다. 또 제 4절연막(44)중에는, 상기 제1 배선(61)에 접속되는 플러그(71)과 상기 제2 배선(62)에 접속하는 플러그(72)가 형성되어 있다. 이 플러그(71, 72)은 일체로 형성된 것이어도 좋다.On the other hand, on the fourth insulating film 44 in the peripheral circuit region 8, the second wiring 62 of the peripheral circuit region 8 is formed. The magnetic layer is not formed on the side wall and the bottom surface side of the second wiring 62. In the fourth insulating film 44, a plug 71 connected to the first wiring 61 and a plug 72 connected to the second wiring 62 are formed. The plugs 71 and 72 may be formed integrally.

또, 상기 자성체층(51, 52)을 구성하는 고투자율 재료에는, 예를 들면 최대 투자율μm이 100이상의 연자성체를 이용하는 것이 가능하고, 구체적으로는, 일례로서 니켈·철·코발트를 포함하는 합금, 철·알루미늄(FeAl)합금 혹은 ferite 합금을 이용하는 것이 가능하다. 또한, 기입 워드선(11)과 자성체층(51)의 사이에 전기적 절연층을 설치하지 않는 경우 및 비트선(12)과 자성체층(61)의 사이에 전기적 절연층을 설치하지 않는 경우에는, 자성체층(51)에는 전류 손실을 막기 위해 비저항율이 높은 연자성막을 이용하는 것이 바람직하다.As the high permeability material constituting the magnetic layers 51 and 52, for example, a soft magnetic material having a maximum magnetic permeability μm of 100 or more can be used, and specifically, an alloy containing nickel, iron, and cobalt as an example. It is possible to use an iron, aluminum alloy or ferite alloy. In addition, when the electrical insulation layer is not provided between the write word line 11 and the magnetic layer 51, and when the electrical insulation layer is not provided between the bit line 12 and the magnetic layer 61, In the magnetic layer 51, a soft magnetic film having a high resistivity is preferably used to prevent current loss.

상기 기억소자(13)는, 터널 자기 저항(TMR:Tunnel Magnetic Resistance)효과를 가지는 것이면 좋고, 상기 제1 실시의 형태로 설명한 것과 같은 것을 이용하는 것이 가능하다. 또 상기 반강자성체층(305)의 하지에, TMR 소자와 직렬로 접속되는 스위치 소자와의 접속에 이용되는 하지도전층(도시 생략)을 형성하는 것도 가능하다. 또, 하지도전층을 반강자성체층(305)에 의해 겸하는 것도 가능하다.The storage element 13 may have a tunnel magnetic resistance (TMR) effect, and the same thing as described in the first embodiment can be used. It is also possible to form a ground conductive layer (not shown) for use in connection with a switch element connected in series with the TMR element in the base of the antiferromagnetic layer 305. It is also possible to serve as the base conductive layer by the antiferromagnetic layer 305.

상기 반강 자성체층, 제 1자화고정층, 도전체층, 제 2자화고정층, 터널절연층, 기억층, 캡 층 등은, 상기 제 1실시의 형태에서 설명한 것과 동일한 것을 이용하는 것이 가능하다.As the antiferromagnetic material layer, the first magnetization fixing layer, the conductor layer, the second magnetization fixing layer, the tunnel insulation layer, the memory layer, the cap layer, and the like, the same ones as described in the first embodiment can be used.

또, 상기 자기기억장치(2)의 동작은, 기본적으로는, 상기 제 1실시의 형태의 자기기억장치(1)와 동일하다.The operation of the magnetic memory device 2 is basically the same as that of the magnetic memory device 1 of the first embodiment.

상기 자기기억장치(2)에서는, 메모리 셀영역(6)에서의 기입 워드선(11), 비트선(12)에 자성체층(51, 52)을 갖추었지만, 제 1실시의 형태와 같이 기입 워드선(11)에만 자성체층(51)을 설치하여도, 혹은 비트선(12)에만 자성체층(52)을 설치하여도, 자성체층을 설치하지 않는 구성과 비교하여 기억소자(13)에의 기입 효율을 높이는 것이 가능하다.In the magnetic memory device 2, although the magnetic word layers 51 and 52 are provided in the write word line 11 and the bit line 12 in the memory cell region 6, the write word is the same as in the first embodiment. Even if the magnetic layer 51 is provided only on the line 11 or the magnetic layer 52 is provided only on the bit line 12, the writing efficiency to the memory element 13 is compared with the configuration in which the magnetic layer is not provided. It is possible to increase.

상기 자기기억장치(2)에서는, 메모리 셀영역(6)만의 제 2 배선(기입워드선)(12)의 양측면 및 기억소자(13)에 대향하는 면과는 반대측의 면에 고투자율층으로 이루어지는 자성체층(52)이 형성되어 있으므로, 자성체층(52)에 의해 제 2배선(12)에서 발생되는 자계의 이용 효율이 높아지므로, 기억소자(13)에의 기입 전류치가 저감 된다. 더욱이, 제 2 배선(12)을 피복하는 자성체층(52)은, 메모리 셀영역(6)내에만 형성되어 있고, 그 이외의 주변회로영역(8)에는 형성되어 있지 않다. 그 때문에, 주변회로영역(8)에서는제 2 배선(62) 주위에 자성체층이 형성되지 않는 만큼만 제 2 배선(62)의 고집적화가 가능해진다. 바꾸어 말하면, 자성체층이 형성되는 것에 의한 배선 면적의 저감을 없애는 것이 가능하기 때문에, 그 만큼, 제 2배선(62)의 배선 면적을 증가함으로써 배선의 단면 적이 증가하므로, 배선저항이 저감된다. 이것에 의해, 소비 전력의 저감, 발열량의 저감이 이루어진다.In the magnetic memory device 2, a high permeability layer is formed on both sides of the second wiring (write word line) 12 only in the memory cell region 6 and on the surface opposite to the surface facing the memory element 13. Since the magnetic layer 52 is formed, the utilization efficiency of the magnetic field generated in the second wiring 12 is increased by the magnetic layer 52, so that the write current value to the memory element 13 is reduced. Further, the magnetic layer 52 covering the second wiring 12 is formed only in the memory cell region 6, and is not formed in the peripheral circuit region 8 other than that. Therefore, in the peripheral circuit region 8, the high integration of the second wiring 62 is possible only as long as the magnetic layer is not formed around the second wiring 62. In other words, since it is possible to eliminate the reduction in the wiring area due to the formation of the magnetic layer, the cross-sectional area of the wiring increases by increasing the wiring area of the second wiring 62 by that amount, so that the wiring resistance is reduced. This reduces power consumption and heat generation.

또한, 상기 자기기억장치(2)에 있어서, 제조 공정을 간략화하는 이유에 의해, 주변회로영역(8)의 제 2 배선(62)의 측벽부에 자성체층(52)이 형성되어도, 제 2배선(62)은 메모리 셀영역(6)의 비트선(12)과 동일 프로세스로 제 2 배선(62)이 형성된 경우와 비교하고 배선 저항이 저감 된다.Further, in the magnetic memory device 2, even if the magnetic layer 52 is formed in the side wall portion of the second wiring 62 of the peripheral circuit region 8 for the reason of simplifying the manufacturing process, the second wiring The wiring resistance is reduced as compared with the case where the second wiring 62 is formed in the same process as the bit line 12 of the memory cell region 6.

상기 자기기억장치(1, 2)에 있어서는, 제 1, 제 2배선(11, 12)에 있어서는, 배선 주위를 둘러싸도록 배리어 메탈층(도시 생략)을 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 제 1배선(11)에 형성되는 자성체층(51) 및 제 2배선(12)에 형성되는 자성체층(52)은, 배리어 메탈층(도시 생략)을 사이에 두고 배선 주위에 형성되는 것이 바람직하다. 또, 자성체층(51, 52)의 바깥쪽에도 자성체층(51, 52) 그 주위의 절연막을 격리하는 배리어 메탈층을 형성하는 것이 바람직하다. 또, 제 1∼제 5절연막의 막구성은 일례이고, 다른 구성이라도 좋다. 예를 들면, 스토퍼 절연막은, 그 스토퍼 절연막 상층의 절연막을 에칭한 때에 그 스토퍼 절연막 하층의 절연막의 에칭 선택성이 충분히 취해지는 것이면 생략하는 것도 가능하다. 또, 배선구조는, 통상의 배선 형성 프로세스에 의해 배선을 형성한 뒤에 그 배선을 덮는 절연막을 형성하고, 그 절연막 표면을 평탄화한 것이어도 좋고, 또는 절연막을 형성한뒤에 그 절연막에 배선홈을 형성하고 배선 재료를 묻는 홈배선구조이어도 좋다.In the magnetic memory devices 1 and 2, in the first and second wirings 11 and 12, a barrier metal layer (not shown) is preferably formed so as to surround the wiring circumference. That is, the magnetic layer 51 formed on the first wiring 11 and the magnetic layer 52 formed on the second wiring 12 are formed around the wiring with a barrier metal layer (not shown) interposed therebetween. desirable. In addition, it is preferable to form a barrier metal layer that isolates the insulating film around the magnetic layers 51 and 52 outside the magnetic layers 51 and 52. In addition, the film structure of a 1st-5th insulating film is an example, and another structure may be sufficient. For example, the stopper insulating film can be omitted as long as the etching selectivity of the insulating film under the stopper insulating film is sufficiently obtained when the insulating film over the stopper insulating film is etched. The wiring structure may be an insulating film covering the wiring after the wiring is formed by a normal wiring forming process, and the surface of the insulating film may be flattened, or a wiring groove may be formed in the insulating film after the insulating film is formed. The groove wiring structure may be a buried wiring material.

다음에, 본 발명의 자기기억장치의 제조 방법에 관련되는 제 1 실시의 형태를, 도 3제조공정 단면도에 의해 설명한다. 이 제 1실시의 형태에서는, 본 발명의 특징으로 하는 제1 배선(기입 워드선)의 제조 방법에 관하여 상세하게 설명한다. 또한, 도 3에서는, 좌도에 메모리 셀영역(6)을 보여 주고, 우도에 주변회로영역(8)을 보여 준다.Next, the first embodiment according to the manufacturing method of the magnetic memory device of the present invention will be described with reference to FIG. 3 manufacturing process cross section. In this first embodiment, a method of manufacturing the first wiring (write word line), which is a feature of the present invention, will be described in detail. In addition, in Fig. 3, the memory cell region 6 is shown on the left side, and the peripheral circuit region 8 is shown on the right side.

기지의 기술에 의해, 예를 들면, 반도체 기판에, 메모리 셀영역(6)의 소자 형성영역끼리나 주변회로영역(8)의 소자 형성영역 끼리를 분리하는 소자분리영역을 형성하고, 메모리 셀영역(6)의 소자 형성영역에 읽기를 위한 스위치 소자를 형성한다. 이 스위치 소자는, n 형 또는 p형 전계효과 트랜지스터, 다이오드, 바이폴라 트랜지스터 등의 각종 스위치 소자로 형성하는 것이 가능하다. 또 주변회로영역(8)에도 소망의 소자, 배선 등을 형성한다.By a known technique, for example, an element isolation region for separating the element formation regions of the memory cell region 6 and the element formation regions of the peripheral circuit region 8 is formed in a semiconductor substrate, and thus the memory cell region. A switch element for reading is formed in the element formation region of (6). This switch element can be formed with various switch elements, such as an n type or a V type field effect transistor, a diode, and a bipolar transistor. In the peripheral circuit region 8, desired elements, wirings and the like are formed.

상기 전계효과형 트랜지스터, 주변회로영역(8) 등을 덮는 상태에 제 1 절연막을 형성하고, 예를 들면, 제 1 절연막(41)에 상기 스위치 소자 등의 하층의 소자, 배선 등에 접속하는 컨택트(예를 들면 텅스텐 플러그)을 형성한다. 더욱이 제 1절연막상에 컨택트에 접속하는 센스선, 접속용 전극 등을 형성한다.A contact formed by forming a first insulating film in a state covering the field effect transistor, the peripheral circuit region 8, and the like, and connecting the first insulating film 41 to a lower layer element such as the switch element, wiring, or the like ( Tungsten plugs, for example). Furthermore, a sense line for connecting to a contact, an electrode for connection, and the like are formed on the first insulating film.

상기 제 1절연막상에 제 2절연막(42)을 형성한다. 메모리 셀영역(6)에서의 제 2절연막(42)은, 상기 센스선, 접속용 전극 등을 덮는다. 또 제 2절연막(42)에는 상기 접속용 전극에 접속하는 컨택트(예를 들면 텅스텐 플러그)를 형성한다.A second insulating layer 42 is formed on the first insulating layer. The second insulating film 42 in the memory cell region 6 covers the sense line, the connecting electrode and the like. In the second insulating film 42, a contact (for example, a tungsten plug) for connecting to the connecting electrode is formed.

다음에, 도 3의 (1)에 나타낸 것같이, 상기 제 2절연막(42)위에 제 3절연막(43)을 형성한다. 먼저, 제 2절연막(42) 위에 에칭 정지층이 되는 스토퍼 절연막(431)을 형성한 뒤, 제 1배선이 형성되는 층간 절연막(432)을 형성한다. 상기 스토퍼 절연막(431)은, 예를 들면 질화 규소 혹은 탄화 규소에서 형성하는 것이 가능하다. 상기 층간 절연막(432)은, 예를 들면, 산화 규소(SiO2)막, 산화 불화 규소(SiOF)막, 산화 탄화 규소(SiOC)막, 유기 화합물막 등의 절연 재료막, 혹은 그들 중 복수 종으로 이루어지는 적층막으로 형성하는 것이 가능하다. 그 뒤, 메모리 셀영역(6)에 제 1배선(기입 워드선)을 형성하기 위한 제 1배선홈(436)을 형성한다. 이 제 1배선홈(436)은, 레지스트를 이용한 석판 인쇄 기술과 그것에 의한 형성된 레지스트 마스크를 이용한 에칭 기술에 의해 형성한다. 그 때, 제 1배선이 형성되는 절연막(432)을 에칭하는 때에 하층의 제 2절연막(42)을 초과 에칭하는 것을 막기 위해, 일단, 스토퍼 절연막(431) 위에서 제 1배선이 형성되는 절연막(432)의 에칭을 정지하게 하고, 그 뒤, 제 2절연막(42)에 대하여 스토퍼 절연막(431)을 선택적으로 에칭하고, 제 1배선홈(436)을 완성하게 하다.Next, as shown in FIG. 3 (1), a third insulating film 43 is formed on the second insulating film 42. As shown in FIG. First, a stopper insulating film 431 serving as an etch stop layer is formed on the second insulating film 42, and then an interlayer insulating film 432 in which the first wiring is formed is formed. The stopper insulating film 431 can be formed of, for example, silicon nitride or silicon carbide. The interlayer insulating film 432 may be formed of, for example, an insulating material film such as a silicon oxide (SiO 2) film, a silicon oxyfluoride (SiOF) film, a silicon oxide carbide (SiOOC) film, an organic compound film, or a plurality thereof. It is possible to form the laminated film which consists of. Thereafter, a first wiring groove 436 for forming a first wiring (write word line) is formed in the memory cell region 6. The first wiring groove 436 is formed by a lithography technique using a resist and an etching technique using a resist mask formed thereby. At this time, in order to prevent the etching of the insulating film 432 on which the first wiring is formed, the second insulating film 42 of the lower layer is prevented from being etched, the insulating film 432 on which the first wiring is formed on the stopper insulating film 431 once. ), The stopper insulating film 431 is selectively etched with respect to the second insulating film 42, and the first wiring groove 436 is completed.

다음에, 도 3의 (2)에 나타낸 것같이, 예를 들면 스퍼터법을 이용하여, 제 1배선홈(436) 내면에, 배리어 메탈층(53), 자성체층(51)(이 자성체층(51)은 복수 종의 자성체층을 적층하고 형성하여도 좋다)을 성막한 뒤, 배리어 메탈층(54)을 성막한다. 배리어 메탈층(53, 54)에는, 배선층 및 자성체층의 반응, 확산을 억제하는 재료이면 좋고, 예를 들면, 탄탈(Ta), 질화 탄탈(TaN), 텅스텐(W), 질화 텅스텐(WN), 티탄(Ti), 질화 티탄(TiN)등을 이용하는 것이 가능하다.또, 자성체층(51)에는, 예를 들면 최대 투자율μm이 100 이상의 연자성체를 이용하는 것이 가능하고, 구체적으로는, 일 예로서 니켈, 철, 코발트, 혹은 이들중 일종 혹은 복수 종을 포함하는 합금, 철·알루미늄(FeAl)합금 혹은 ferite 합금을 이용하는 것이 가능하다. 또한, 기입 워드선(11)과 자성체층(51)의 사이에 전기적 절연층을 설치하지 않는 경우, 자성체층(51)에는 전류손신을 막기 위해 비저항 율이 높은 연자성막을 이용하는 것이 바람직하다. 더욱이, 제 1배선(11)을 구리로 형성하는 경우에는, 스퍼터링에 의해 구리 시드층(도시 생략)을 형성한다. 그 뒤, 예를 들면 전기 분해 도금에 의해, 제 1배선홈(436)안을 동막으로 묻는다. 그 뒤, 화학적 기계 연마법에 의해, 층간 절연막(432) 위의 잉여 동막, 배리어 메탈층(53, 54), 자성체층(51) 등을 제거하고, 제 1배선홈(436) 안에 배리어 메탈층(53), 자성체층(51), 배리어 메탈층(54)을 사이에 두고 동막으로 이루어지는 제 1배선(기입 워드선)(11)을 형성한다.상기 제 1배선(11)은, 구리 외에, 예를 들면 동합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 등으로 형성하는 것도 가능하다.Next, as shown in Fig. 3 (2), the barrier metal layer 53 and the magnetic layer 51 (the magnetic layer (the magnetic layer) are formed on the inner surface of the first wiring groove 436 using, for example, a sputtering method. 51) may be formed by stacking a plurality of kinds of magnetic layers), and then the barrier metal layer 54 is formed. The barrier metal layers 53 and 54 may be materials which suppress the reaction and diffusion of the wiring layer and the magnetic layer, and are, for example, tantalum (Ta), tantalum nitride (TaN), tungsten (tungsten) and tungsten nitride (TN). , Titanium (Ti), titanium nitride (Ti), or the like can be used. The magnetic layer 51 may, for example, use a soft magnetic material having a maximum magnetic permeability μm of 100 or more, and specifically, an example. It is possible to use nickel, iron, cobalt, or an alloy containing one or more of them, an iron or aluminum alloy, or a ferite alloy. In the case where no electrical insulating layer is provided between the write word line 11 and the magnetic layer 51, it is preferable to use a soft magnetic film having a high resistivity in order to prevent current loss. Moreover, when forming the 1st wiring 11 from copper, a copper seed layer (not shown) is formed by sputtering. Thereafter, the first wiring groove 436 is buried in the copper film by, for example, electrolytic plating. Thereafter, the excess copper film, the barrier metal layers 53 and 54, the magnetic layer 51, and the like on the interlayer insulating film 432 are removed by a chemical mechanical polishing method, and the barrier metal layer is formed in the first wiring groove 436. 53, a first wiring (write word line) 11 made of copper film is formed with the magnetic body layer 51 and the barrier metal layer 54 interposed therebetween. For example, it is also possible to form with copper alloy, aluminum, an aluminum alloy, etc.

다음에, 도 3의 (3)에 나타낸 것같이, 상기 층간 절연막(432) 위에 상기 제 1배선(11)을 피복하는 에칭 정지층 및 동배선의 보호층이 되는 스토퍼 절연막(433)을 형성한다. 상기 스토퍼 절연막(433)은, 예를 들면 질화 규소 혹은 탄화규소에서 형성하는 것이 가능하다. 그 뒤, 주변회로영역(8)에 제 1배선을 형성하기 위한 제 1배선홈(437)을 형성한다. 이 제 1배선홈(437)은, 레지스트를 이용한 석판 인쇄 기술과 그것에 의한 형성된 레지스트 마스크를 이용한 에칭 기술에 의해 형성한다. 그 때, 제 1배선이 형성된 층간 절연막(432)을 에칭하는때에 하층의 제 2절연막(42)을 초과 에칭하는 것을 억제하기 위해서, 일단, 에칭 정지층이 되는 스토퍼 절연막(431) 위에서 제 1배선이 형성되는 층간 절연막(432)의 에칭을 정지하게 하고, 그 뒤, 제 2절연막(42)에 대하여 스토퍼 절연막(431)을 선택적으로 에칭하고, 주변회로영역(8)의 제 1배선홈(43)을 완성하게 하다.Next, as shown in FIG. 3 (3), an etch stop layer covering the first wiring 11 and a stopper insulating film 433 serving as a protective layer of the same wiring are formed on the interlayer insulating film 432. . The stopper insulating film 433 can be formed of, for example, silicon nitride or silicon carbide. Thereafter, a first wiring groove 437 is formed in the peripheral circuit region 8 for forming the first wiring. The first wiring groove 437 is formed by a lithography technique using a resist and an etching technique using a resist mask formed thereby. At that time, in order to suppress the etching beyond the second insulating film 42 in the lower layer when etching the interlayer insulating film 432 on which the first wiring is formed, the first one is placed on the stopper insulating film 431 serving as the etching stop layer. The etching of the interlayer insulating film 432 in which the wiring is formed is stopped, and then, the stopper insulating film 431 is selectively etched with respect to the second insulating film 42, and the first wiring grooves of the peripheral circuit region 8 ( 43) to complete.

다음에, 도 3의 (4)에 나타낸 것같이, 예를 들면 스퍼터링에 의해, 제 1배선홈(437) 내면에, 배리어 메탈층(56)을 성막한다. 배리어 메탈층(56)에는, 배선층의 반응, 확산을 억제하는 재료이면 좋고, 예를 들면, 탄탈(Ta), 질화탄탈(TaN), 텅스텐(W), 질화 텅스텐(WN), 티탄(Ti), 질화 티탄(TiN)등을 이용하는 것이 가능하다. 더욱이, 제 1배선(11)을 구리로 형성하는 경우에는, 스퍼터링에 의해 구리시드층(도시 생략)을 형성한다. 그 뒤, 예를 들면 전기 분해 도금에 의해, 제 1배선홈(437) 안을 동막으로 묻는다. 그 뒤, 화학적 기계 연마법에 의해, 층간 절연막(432) 위의 잉여 동막, 배리어 메탈층(56)등을 제거하고, 제 1배선홈(437) 안에 배리어 메탈층(56)을 사이에 두고 동막으로 이루어지는 제 1배선(61)을 형성한다. 상기 제1 배선(61)은, 구리 외에, 예를 들면 동 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 등으로 형성하는 것도 가능하다. 또한, 이 주변회로영역(8)의 제 1배선(11) 위에, 구리의 확산을 방지하는 동시에, 구리의 산화를 방지하는 캡 배리어 메탈층(도시 생략)을 형성하는 것이 바람직하다. 캡 배리어 메탈층으로서는, 예를 들면 질화 규소막, 코발트-텅스텐-인(Co-W-P)막등을 이용하는 것이 가능하다.Next, as shown in Fig. 3 (4), the barrier metal layer 56 is formed on the inner surface of the first wiring groove 437 by, for example, sputtering. The barrier metal layer 56 may be a material that suppresses the reaction and diffusion of the wiring layer. For example, tantalum (Ta), tantalum nitride (TaN), tungsten (tungsten), tungsten nitride (TN), and titanium (Ti) Titanium nitride (TiN) etc. can be used. Further, in the case where the first wiring 11 is formed of copper, a copper seed layer (not shown) is formed by sputtering. Thereafter, the inside of the first wiring groove 437 is buried in the copper film by, for example, electrolytic plating. Thereafter, the excess copper film, barrier metal layer 56, and the like on the interlayer insulating film 432 are removed by a chemical mechanical polishing method, and the copper film is interposed between the barrier metal layer 56 in the first wiring groove 437. A first wiring 61 is formed. The first wiring 61 may be formed of, for example, copper alloy, aluminum, aluminum alloy, or the like in addition to copper. It is also preferable to form a cap barrier metal layer (not shown) on the first wiring 11 of the peripheral circuit region 8 that prevents the diffusion of copper and prevents the oxidation of copper. As the cap barrier metal layer, for example, a silicon nitride film, a cobalt-tungsten-phosphorus (CO-P-P) film, or the like can be used.

다음에, 상기 메모리 셀영역(6) 및 주변회로영역(8)에 제 1배선(11, 61)을형성한 뒤, 상기 스토퍼 절연막(433) 위에, 제 1배선(11, 61)을 덮는 층간 절연막(도시 생략)을 형성한다.Next, after forming the first wirings 11 and 61 in the memory cell region 6 and the peripheral circuit region 8, the interlayer covering the first wirings 11 and 61 on the stopper insulating film 433. An insulating film (not shown) is formed.

또한, 상기 주변회로영역(8)에 제 1배선(11)을 형성하는 것과 동시 프로세스에 의해, 메모리 셀영역(6)에서의 플러그, 접속용 전극 등을 형성하는 것도 가능하다.It is also possible to form a plug, a connection electrode, or the like in the memory cell region 6 by a process concurrent with the formation of the first wiring 11 in the peripheral circuit region 8.

다음에, 도시는 하지 않지만, 통상에 알려졌던 자기기억장치의 제조 프로세스에 의해, 기입 워드선(11) 위에 절연막을 사이에 두고 TMR 효과를 가지는 기억소자를 형성하고, 이 기억소자에 접속하는 동시에 기입워드선(11)과 기억소자를 끼워서 입체적으로 교차(직교)하는 비트선 등을 형성한다.Next, although not shown, a memory device having a TMR effect is formed on the write word line 11 with an insulating film interposed therebetween by a known manufacturing process of a magnetic memory device. A bit line or the like intersecting three-dimensionally (orthogonally) is formed by sandwiching the write word line 11 and the memory element.

상기 자기기억장치의 제 1제조방법에서는, 제 1배선을 형성하는 공정은, 메모리셀영역(6)의 제 1배선(기입 워드선)(11)을 형성하는 공정과, 주변회로영역(8)의 제 1배선(61)을 형성하는 공정으로 이루어지고, 메모리 셀영역(6)의 제 1배선 (11)을 형성하는 공정에서, 제 1배선(기입 워드선)의 양측면 및 기억소자(13)에 대향하는 면과는 반대측의 면에 고투자율층으로 이루어지는 자성체층(51)을 설치한 제 1배선(기입 워드선)(11)이 형성되므로, 자성체층에 의해 제 1배선(기입 워드선)(11)에서 발생되는 자계의 이용 효율이 높아지기 때문에, 기억소자(13)에의 기입 전류치가 저감되는 구조가 된다. 더욱이, 메모리 셀영역(6)의 제 1배선(기입 워드선)(11)을 형성하는 공정과, 주변회로영역(8)의 제 1배선(61)을 형성하는 공정을 다른 공정으로 행하므로, 제 1배선(11)을 피복하는 자성체층(51)은, 메모리 셀영역(6) 안에만 형성하는 것이 가능하고, 그 이외의 주변회로영역(8)에는 형성되지않는다. 그 때문에, 주변회로영역(8)의 제 1배선(61)에서는, 배선 주위에 자성체층을 형성하지 않는 만큼만 배선의 고집적화가 가능해진다. 바꾸어 말하면, 자성체층이 형성되는 것에 의한 배선 면적의 저감을 없애는 것이 가능하기 때문에, 그 만큼, 배선 면적이 증가함으로써 배선 저항이 저감 된다. 이것에 의해, 소비 전력의 저감, 발열 양의 저감이 이루어지는 배선구조가 형성된다.In the first manufacturing method of the magnetic memory device, the step of forming the first wiring includes the steps of forming the first wiring (write word line) 11 of the memory cell region 6 and the peripheral circuit region 8. Forming the first wiring 61 of the first wiring line 61 and forming the first wiring 11 of the memory cell region 6 on both sides of the first wiring (write word line) and the memory element 13. Since the first wiring (write word line) 11 having the magnetic layer 51 made of a high permeability layer is formed on the surface opposite to the surface opposite to the surface, the first wiring (write word line) is formed by the magnetic layer. Since the utilization efficiency of the magnetic field generated at (11) becomes high, the structure in which the write current value to the storage element 13 is reduced. Furthermore, the process of forming the first wiring (write word line) 11 of the memory cell region 6 and the process of forming the first wiring 61 of the peripheral circuit region 8 are performed in different processes. The magnetic layer 51 covering the first wiring 11 can be formed only in the memory cell region 6 and is not formed in the peripheral circuit region 8 other than that. Therefore, in the first wiring 61 of the peripheral circuit region 8, the integration of the wiring can be made high only as long as the magnetic layer is not formed around the wiring. In other words, since it is possible to eliminate the reduction in the wiring area due to the formation of the magnetic layer, the wiring resistance is reduced by increasing the wiring area by that amount. This forms a wiring structure in which power consumption is reduced and heat generation is reduced.

상기 제조 방법은, 도 1에 의해 설명한 자기기억장치(1)을 제조하는 일례이다. 자기기억장치(1)을 형성하는 경우, 주변회로영역(8)의 제 1배선(11)의 측면 혹은 저면에 자성체층이 남겨 지는 프로세스이어도 좋다.The manufacturing method is an example of manufacturing the magnetic memory device 1 described with reference to FIG. 1. When the magnetic memory device 1 is formed, a process in which a magnetic layer is left on the side or bottom of the first wiring 11 of the peripheral circuit region 8 may be used.

다음에, 본 발명의 자기기억장치의 제조 방법에 관련되는 제 2실시의 형태를, 도 4의 제조공정 단면도에 의해 설명한다. 이 제 2실시의 형태에서는, 본 발명의 특징이라고 하는 제 2배선(비트 선)의 제조 방법에 관하여 상세하게 설명한다. 또한, 도 4에서는, 도면을 향하여 좌측의 도면에 메모리 셀영역(6)을 보여 주고, 우측의 도면에 주변회로영역(8)을 보여 준다.Next, a second embodiment according to the manufacturing method of the magnetic memory device of the present invention will be described with reference to the manufacturing process cross section of FIG. In this second embodiment, the manufacturing method of the second wiring (bit line), which is a feature of the present invention, will be described in detail. In addition, in Fig. 4, the memory cell region 6 is shown in the figure on the left and the peripheral circuit region 8 is shown in the figure on the right.

기지 기술에 의해, 예를 들면, 반도체 기판에, 메모리 셀영역(6)의 소자 형성영역 끼리나 주변회로영역(8)의 소자 형성영역 끼리를 분리하는 소자분리영역을 형성하고, 메모리 셀영역(6)의 소자 형성영역에 읽기를 위한 스위치 소자를 형성한다. 이 스위치 소자는, n형 또는 p형 전계효과 트랜지스터, 다이오드, 바이폴라 트랜지스터 등의 각종 스위치 소자로 형성하는 것이 가능하다. 또 주변회로영역(8)에도 소망의 소자, 배선 등을 형성한다.By the known technique, for example, an element isolation region for separating the element formation regions of the memory cell region 6 and the element formation regions of the peripheral circuit region 8 is formed in a semiconductor substrate, and the memory cell region ( A switch element for reading is formed in the element formation region of 6). This switch element can be formed with various switch elements, such as an n type or a V type field effect transistor, a diode, and a bipolar transistor. In the peripheral circuit region 8, desired elements, wirings and the like are formed.

상기 전계효과형 트랜지스터, 주변회로영역(8) 등을 덮는 상태에 제 1절연막을 형성하고, 예를 들면, 제 1절연막에 상기 스위치 소자 등의 하층의 소자, 배선 등에 접속하는 컨택트(예를 들면 텅스텐 플러그)을 형성한다. 더욱이 제 1 절연막상에 컨택트에 접속하는 센스선, 접속용 전극 등을 형성한다.A contact is formed to form a first insulating film in a state covering the field effect transistor, the peripheral circuit region 8, and the like, and to be connected to the first insulating film, for example, a lower layer element such as the switch element, wiring, or the like (for example, Tungsten plugs). Furthermore, a sense line for connecting to a contact, an electrode for connection, and the like are formed on the first insulating film.

상기 제1절연막상에 제 2절연막을 형성한다. 메모리 셀영역(6)에서의 제 2절연막은, 상기 센스선, 접속용 전극 등을 덮는다. 또 제 2 절연막에는 상기 접속용 전극에 접속하는 컨택트(예를 들면 텅스텐 플러그)를 형성한다.A second insulating film is formed on the first insulating film. The second insulating film in the memory cell region 6 covers the sense line, the connecting electrode and the like. In the second insulating film, a contact (for example, a tungsten plug) to be connected to the connecting electrode is formed.

다음에, 상기 제 2절연막상에 제 3절연막을 형성한다. 다음에, 상기 도3에 의해 설명한 방법 혹은 통상의 기입 워드선의 형성 방법에 의해, 제 3절연막에 제 1배선(기입 워드선)을 형성한다. 상기 도3에 의해 설명한 방법에서는, 상기 메모리 셀영역(6)에 제 1배선(기입 워드선)을 형성한 뒤에 주변회로영역(8)에 제 1배선을 형성한다. 한 편, 통상의 기입 워드선의 형성 방법에서는, 메모리 셀영역(6) 및 주변회로영역(8)의 양방에 동시에 제 1배선(기입워드선)을 형성한다. 바람직하게는, 전자의 방법이다. 그 뒤, 제 1배선을 피복하도록, 더욱 제 3절연막을 형성한다. 또한, 상기 주변회로영역(8)에 제 1배선을 형성하는 것과 동시 프로세스에 의해, 메모리 셀영역(6)에서의 플러그, 접속용 전극 등을 형성하는 것도 가능하다.Next, a third insulating film is formed on the second insulating film. Next, the first wiring (write word line) is formed on the third insulating film by the method described with reference to Fig. 3 or the conventional writing word line forming method. In the method described with reference to Fig. 3, the first wiring (write word line) is formed in the memory cell region 6, and then the first wiring is formed in the peripheral circuit region 8. On the other hand, in the conventional writing word line forming method, the first wiring (write word line) is formed simultaneously in both the memory cell region 6 and the peripheral circuit region 8. Preferably, the former method is used. Thereafter, a third insulating film is further formed to cover the first wiring. It is also possible to form a plug, a connection electrode, and the like in the memory cell region 6 by a process concurrent with the formation of the first wiring in the peripheral circuit region 8.

도 4의 (1)에 나타내는 것같이, 다음에, 상기 제3절연막(도시 생략)위에, 도전층(131), 자기 저항 효과형의 기억소자(예를 들면 TMR 소자)(13), 도전성의 캡층(보호 메탈층)(133)을 형성한다. 더욱이 기억소자(13), 캡층(133) 등을 묻도록 제 4절연막(44)을 형성한다. 그 후 화학적 기계 연마법에 의해, 캡층(133)의 상면을 노출시키는 동시에, 제 4절연막(44)표면을 평탄화한다. 여기까지의 프로세스는 기존의 방법에 의해 행하는 것이 가능하고, 상기 프로세스에 한정은 되지 않는다. 또, 기존의 상층 배선과 하층 배선을 접속하는 플러그 형성기술을 이용하여, 상기 제 4절연막(44)에 하층의 배선 혹은 전극에 접속하는 플러그를 형성하는 것도 가능하다. 여기에서는, 도시한 것같이, 일 예로서, 주변회로영역(8)에 플러그(72)을 형성하였다. 이 플러그(72)의 형성은, 통상의 플러그 형성기술을 이용하는 것이 가능하다.As shown in FIG. 4 (1), a conductive layer 131, a magnetoresistive type memory element (for example, a TMR element) 13, and a conductive layer are formed on the third insulating film (not shown). A cap layer (protective metal layer) 133 is formed. Furthermore, the fourth insulating film 44 is formed so as to bury the memory element 13, the cap layer 133, and the like. Thereafter, the upper surface of the cap layer 133 is exposed by chemical mechanical polishing, and the surface of the fourth insulating film 44 is planarized. The processes so far can be performed by existing methods, and the process is not limited thereto. It is also possible to form a plug for connecting the lower wiring or the electrode to the fourth insulating film 44 by using a plug forming technique for connecting the existing upper wiring and the lower wiring. As shown here, as an example, the plug 72 is formed in the peripheral circuit region 8. The formation of this plug 72 can use a conventional plug formation technique.

더욱이 제 4절연막(44)위에 에칭 정지층이 되는 스토퍼 절연막(451), 제 5절연막(45)이 되는 층간 절연막(452)을 순서대로 형성한다. 스토퍼 절연막(451)과 층간 절연막(453)에서 제 5절연막(45)이 구성된다. 상기 스토퍼 절연막(451)은, 층간 절연막(452)을 에칭하는 때의 에칭이 정지되는 절연막으로 형성되어, 예를 들면 질화 규소(SiN)막, 탄화 규소(SiC)막 등으로 형성한다. 상기 층간 절연막(452)은, 예를 들면 산화 규소(SiO2 )막, 불소를 포함하는 산화 규소(SiOF)막, 산화 탄화 규소(SiOC)막, 유기 화합물막 등의 절연 재료막 혹은 그들중 2종 이상을 이용한 적층 구조로서 형성한다.Further, a stopper insulating film 451 serving as an etch stop layer and an interlayer insulating film 452 serving as a fifth insulating film 45 are formed on the fourth insulating film 44 in this order. The fifth insulating film 45 is formed of the stopper insulating film 451 and the interlayer insulating film 453. The stopper insulating film 451 is formed of an insulating film which stops etching when the interlayer insulating film 452 is etched, and is formed of, for example, a silicon nitride (SiN) film, a silicon carbide (SiC) film, or the like. The interlayer insulating film 452 is, for example, an insulating material film such as a silicon oxide (SiO 2) film, a silicon oxide (SiOF) film containing fluorine, a silicon oxide carbide (SiOOC) film, an organic compound film, or two of them. It forms as a laminated structure using the above.

다음에, 통상의 레지스트 도포 기술, 석판 인쇄 기술 및 에칭기술을 이용하고, 메모리 셀영역(6)에서의 비트선이 형성되는 영역의 상기 제5절연막(45)에 배선홈(453)을 형성한다. 이 시점에서는, 주변회로영역(8)에는 배선홈를 형성하지 않는다. 그 뒤, 불필요하게 된 레지스트 마스크를 제거한다.Next, wiring grooves 453 are formed in the fifth insulating film 45 in the region where the bit lines are formed in the memory cell region 6 using ordinary resist coating techniques, lithography techniques, and etching techniques. . At this point, no wiring groove is formed in the peripheral circuit region 8. Thereafter, the unnecessary resist mask is removed.

그 뒤, 기지의 성막 기술을 이용하고, 예를 들면 스퍼터링법을 이용하여, 상기 배선홈(453) 내면 및 제 5절연막(45) 표면에, 제 1배리어 메탈층(55), 자성체층(521)을 순서대로 성막한다. 제 1배리어 메탈층(55)은, 구리 및 자성체와의 반응을 억제하는 동시에 구리 및 자성체의 확산을 억제하는 재료이면 좋다. 예를 들면, 탄탈(Ta), 질화 탄탈(TaN), 텅스텐(W), 질화 텅스텐(WN) 등을 들 수 있다. 또, 자성체층(521)으로서는, 예를 들면 최대 투자율μm이 100 이상의 연자성체를 이용하는 것이 가능하고, 구체적으로는, 일례로서 철, 코발트, 니켈중 적어도 1 종류를 포함하는 합금, 철·알루미늄(FeAl)합금 혹은 ferite 합금을 이용한다.Subsequently, a first barrier metal layer 55 and a magnetic layer 521 are formed on the inner surface of the wiring groove 453 and the surface of the fifth insulating film 45 by using a known film forming technique, for example, by sputtering. ) In order. The first barrier metal layer 55 may be a material that suppresses the reaction with copper and the magnetic body and at the same time suppresses the diffusion of the copper and the magnetic body. For example, tantalum (Ta), tantalum nitride (TaN), tungsten (tungsten), tungsten nitride (TN), etc. are mentioned. As the magnetic layer 521, for example, a soft magnetic material having a maximum magnetic permeability μm of 100 or more can be used. Specifically, for example, an alloy containing at least one of iron, cobalt, and nickel, iron and aluminum ( Fe alloys or ferite alloys are used.

다음에, 기지의 에치백 기술에 의해, 자성체층(521) 및 제 1배리어 메탈층(55)을 이방성 에칭한다. 이 에칭의 가스에는, 예를 들면 염소를 포함한 할로겐 가스 또는 그것에 일산화탄소(CO) 혹은 암모니아(NH3 )을 첨가한 에칭 가스를 이용한다. 더욱이 산소를 첨가하여도 좋다. 예를 들면, 에칭 가스에 염소(유량:50cm3 /min)과 아르곤(유량:50cm3 /min)과의 혼합 가스를 이용하고, 소스 파워를 600W∼2kW, 바이어스 파워를 50W∼500W, 에칭 분위기의 압력을 0.67Pa∼1.3Pa, 기판 온도를 20℃∼60℃에 설정하고, 에칭을 하였다. 이 결과, 배선홈(453)의 측벽에 제 1배리어 메탈층(55)을 사이에 두고 자성체층(521)의 사이드 월이 형성된다.Next, the magnetic layer 521 and the first barrier metal layer 55 are anisotropically etched by a known etch back technique. As the etching gas, for example, a halogen gas containing chlorine or an etching gas to which carbon monoxide (CO) or ammonia (NH3) is added thereto is used. Furthermore, oxygen may be added. For example, a mixed gas of chlorine (flow rate: 50 cm 3 / m) and argon (flow rate: 50 cm 3 / m) is used as the etching gas, and the source power is 600 kPa to 2 kPa, the bias power is 50 kPa to 500 kPa, and the pressure of the etching atmosphere is used. Was set to 0.67 Pa to 1.3 pa and the substrate temperature was set at 20 ° C to 600 ° C, and etching was performed. As a result, sidewalls of the magnetic layer 521 are formed on the sidewalls of the wiring grooves 453 with the first barrier metal layer 55 interposed therebetween.

다음에, 배선홈(453)의 저부에 노출하고 있는 스토퍼 절연막(451)을 에칭에 의해 제거하고, 예를 들면, 메모리 셀영역(6)의 캡층(133)표면을 노출하게 하다. 이 스토퍼 절연막(451)의 에칭 처리의 가스에는, 예를 들면 불소계의 가스를 이용한다. 예를 들면, 염소(유량:60cm3 /min)와 삼염화 붕소(BCl3 )(유량:90cm3 /min)과 트리 플루오르화 메탄(CHF3 )(유량:5cm3 /min)과의 혼합 가스를 이용하고, 소스파워를 600W∼2kW, 바이어스 파워를 50W∼200W, 에칭 분위기의 압력을 1.3Pa∼4.0Pa, 기판 온도를 20℃∼60℃에 설정하고, 에칭을 행하였다. 혹은, 에칭 가스에 트리 플루오르화 메탄(CHF3 )과 일산화탄소(CO)의 혼합 가스, 트리 플루오르화 메탄(CHF3 )과 테트라 플루오르화 메탄(CF4 )과 아르곤(Ar)과의 혼합 가스, 트리 플루오르화 메탄(CHF3 )과 산소(O2 )와 아르곤(Ar)과의 혼합 가스등을 이용한다.Next, the stopper insulating film 451 exposed to the bottom of the wiring groove 453 is removed by etching to expose the surface of the cap layer 133 of the memory cell region 6, for example. For example, a fluorine-based gas is used as the gas for etching the stopper insulating film 451. For example, using a mixed gas of chlorine (flow rate: 600 cm 3 / mni), boron trichloride (flow rate: 90 cm 3 / m) and trifluoride methane (CHF 3) (flow rate: 5 cm 3 / m), source power Was set at 600 Pa to 2 Pa, the bias power was 50 Pa to 200 Pa, the pressure in the etching atmosphere was set to 3.3 Pa to 4.0 Pa, and the substrate temperature was set at 200 to 600 ° C, and etching was performed. Alternatively, a mixed gas of trifluorinated methane (CHF3) and carbon monoxide (CO) in an etching gas, a mixed gas of trifluorinated methane (CHF3), tetrafluorinated methane (CF4) and argon (Ar), trifluorinated methane A mixed gas of (CHF 3), oxygen (O 2), and argon (Ar) is used.

다음에, 스퍼터링법에 의해, 자성체층(521)을 덮도록 배선홈(453)의 내면을 포함하여 제 2배리어 메탈층(56)을 성막한다. 제 2배리어 메탈층(56)으로서는, 구리와의 반응 및 구리의 확산을 억제하는 재료인 것이 요구되고, 예를 들면 탄탈(Ta), 질화 탄탈(TaN), 텅스텐(W), 질화텅스텐(WN)등을 들 수 있고, 상기 제 1배리어 메탈층(55)과 동일 재질이어도, 다른 재질이어도 좋다.Next, the second barrier metal layer 56 is formed by sputtering, including the inner surface of the wiring groove 453 so as to cover the magnetic layer 521. The second barrier metal layer 56 is required to be a material that suppresses the reaction with copper and the diffusion of copper. For example, tantalum (Ta), tantalum nitride (TaN), tungsten, and tungsten nitride The same material as the said 1st barrier metal layer 55, or a different material may be sufficient.

그 뒤, 제 2배리어 메탈층(56)의 표면에 구리 시드층(도시 생략)을 성막한 뒤, 예를 들면 전기 분해 도금에 의해, 배선홈(453)을 묻도록 도전체(이하, 동막이라고 표기한다)을 성막한다. 이 동막은, 예를 들면 구리 혹은 동합금으로 이루어진다. 이것에 의해, 배선홈(453)내부가 동막에 의해 매립되는 동시에, 제 5절연막(45)위에도 제 2배리어 메탈층(56)을 사이에 두고 동막이 형성된다. 그 뒤에, 제 2절연막(42) 위의 동막, 제 2배리어 메탈층(56), 자성체층(521) 및 제 1배리어 메탈층(55)을, 예를 들면 화학적 기계 연마(CMP)법 등을 이용하고 제거하고, 홈배선구조의 동막을 주재료로 하는 제 2배선(12)을 형성한다. 따라서 메모리셀영역(6)에만, 기입 워드선(도시 생략)과의 사이에 상기 기억소자(13)을 사이에 두고, 기입 워드선에 직교하는 제 2 배선(이하, 비트 선이라고 한다)(12)이 형성된다.Subsequently, after forming a copper seed layer (not shown) on the surface of the second barrier metal layer 56, a conductor (hereinafter, referred to as a copper film) is formed so as to bury the wiring groove 453 by, for example, electrolytic plating. Film). This copper film consists of copper or a copper alloy, for example. As a result, the inside of the wiring groove 453 is filled with the copper film, and the copper film is formed on the fifth insulating film 45 with the second barrier metal layer 56 interposed therebetween. Subsequently, the copper film on the second insulating film 42, the second barrier metal layer 56, the magnetic layer 521, and the first barrier metal layer 55 are subjected to, for example, a chemical mechanical polishing (CPM) method or the like. The second wiring 12 is formed using the copper film of the groove wiring structure as a main material. Therefore, in the memory cell region 6 only, the second wiring (hereinafter referred to as a bit line) orthogonal to the write word line with the memory element 13 interposed between the write word line (not shown) (12). ) Is formed.

더욱이 도 4의 (2)에 나타낸 것같이, 제 2 배선(비트 선을 포함하다)(12) 상면부터의 구리와의 반응, 구리의 확산을 억제하기 위해서 제 3배리어 메탈층(58)을 형성하고, 다음에 자성체층(522)을 형성한다. 더욱이 반사 방지막(도시 생략)을 형성하여도 좋다. 제 3배리어 메탈층(58)은, 예를 들면 질화 규소(SiN), 탄화 규소(SiC) 등의 절연막, 혹은, 제 1, 제 2배리어 메탈층(55, 56)과 같이, 탄탈(Ta), 질화 탄탈(TaN), 텅스텐(W), 질화 텅스텐(WN)등을 이용하는 것이 가능하다. 또 자성체층(522)은, 전기자성체층(521)과 같은 재료로 형성하는 것이 가능하다. 또한, 반사 방지막은, 그 뒤의 석판 인쇄 공정의 노광시에 하지로부터의 반사의 영향이 문제가 되지 않는 경우에는 필수는 아니다. 여기에서는, 반사 방지막을 형성하지 않는 경우를 설명한다.Furthermore, as shown in FIG. 4 (2), the third barrier metal layer 58 is formed in order to suppress the reaction with copper from the upper surface of the second wiring (including the bit line) 12 and the diffusion of copper. Next, the magnetic layer 522 is formed. Further, an antireflection film (not shown) may be formed. The third barrier metal layer 58 is formed of, for example, insulating films such as silicon nitride (SiN) and silicon carbide (SiC), or tantalum (Ta), like the first and second barrier metal layers 55 and 56. Tantalum nitride, tungsten, tungsten nitride, and the like can be used. The magnetic layer 522 can be formed of the same material as the electromagnetic layer 521. In addition, an antireflection film is not essential when the influence of the reflection from the base | substrate does not become a problem at the time of exposure of the subsequent lithography process. Here, the case where an antireflection film is not formed is demonstrated.

다음에, 통상의 레지스트 도포 기술을 이용하고, 자성체층(522) 위에 레지스트막(도시 생략)을 형성한다. 다음에 석판 인쇄 기술에 의해, 클래드 구조를 남겨 두고 싶은 부분, 결국 TMR 소자가 형성되는 부분의 상부에 맞는 부분에만 레지스트막을 남겨 두고, 그 외의 부분의 레지스트막을 제거한다.Next, using a conventional resist coating technique, a resist film (not shown) is formed on the magnetic layer 522. Next, by the lithography technique, the resist film is left only in the portion where the clad structure is to be left, that is, the upper portion of the portion where the TMR element is to be formed, and the resist film in other portions is removed.

그 뒤, 상기 레지스트막을 에칭 마스크에 이용하고, 기지의 에칭기술에 의해, 자성체층(522) 및 제 3배리어 메탈층(58)을 에칭 제거한다. 이 에칭은, 제5절연막(45)을 에칭 정지층으로 하여 에칭을 행한다. 이와 같이 하여, 상기 사이드 월상으로 형성된 자성체층(521)과 상기 자성체층(522)으로 이루어지는 자성체층(52)이 비트선(12)의 상면 및 측면에 형성된다.Thereafter, the resist film is used as an etching mask, and the magnetic layer 522 and the third barrier metal layer 58 are etched away by a known etching technique. This etching is etched using the fifth insulating film 45 as an etching stop layer. In this way, a magnetic layer 52 formed of the magnetic layer 521 formed on the side wall and the magnetic layer 522 is formed on the upper and side surfaces of the bit line 12.

다음에, 도 4의 (3)에 나타낸 것같이, 상기 제 5절연막(45)위에 상기 자성체층(522)을 피복하는 보호막(81)을 형성한다. 이 보호막(81)에는, 예를 들면 질화규소(SiN), 탄화 규소(SiC)등의 절연막을 이용하는 것이 가능하다. 다음에, 통상의 레지스트도포 기술, 석판 인쇄 기술 및 에칭기술을 이용하고, 주변회로영역(8)에서의 제 2배선이 형성되는 영역의 상기 보호막(81) 및 제 5절연막(45)에 배선홈(454)을 형성한다. 상기 보호막(81)의 에칭에는, 에칭 가스에, 예를 들면 염소를 포함한 할로겐 가스 또는 그것에 일산화탄소(CO) 혹은 암모니아(NH3 )를 첨가한 에칭 가스를 이용한다. 더욱이 산소를 첨가하여도 좋다. 또 제 5절연막(45)의 에칭은, 제 5절연막(45)이 산화 규소계 재료로 이루어지는 경우에는 통상의 산화 규소계 재료를 에칭하는, 예를 들면 불소계 가스를 이용한다.Next, as shown in Fig. 4 (3), a protective film 81 covering the magnetic layer 522 is formed on the fifth insulating film 45. Next, as shown in FIG. As the protective film 81, an insulating film such as silicon nitride (SiN), silicon carbide (SiC) or the like can be used. Next, a wiring groove is formed in the protective film 81 and the fifth insulating film 45 in the region where the second wiring is formed in the peripheral circuit region 8, using a conventional resist coating technique, lithography technique, and etching technique. (45) is formed. For etching the protective film 81, an etching gas containing, for example, a halogen gas containing chlorine or carbon monoxide (CO) or ammonia (NH3) added thereto is used. Furthermore, oxygen may be added. In the etching of the fifth insulating film 45, for example, when the fifth insulating film 45 is made of a silicon oxide-based material, a fluorine-based gas, for example, etching a normal silicon oxide-based material is used.

계속해서, 배선홈(454)의 저부에 노출하고 있는 스토퍼 절연막(451)을 에칭에 의해 제거하고, 예를 들면, 주변회로영역(8)의 플러그(72) 표면을 노출하게 하다. 이 스토퍼 절연막(451)의 에칭 처리의 가스에는, 예를 들면 불소계의 가스를 이용한다.Subsequently, the stopper insulating film 451 exposed to the bottom of the wiring groove 444 is removed by etching to expose the surface of the plug 72 of the peripheral circuit region 8, for example. For example, a fluorine-based gas is used as the gas for etching the stopper insulating film 451.

그 때, 기본적으로는 메모리 셀영역(6)에는 배선홈를 형성하지 않지만, 메모리셀영역(6) 안에, 배선 측벽에 자성체층을 형성할 필요가 없는 배선, 플러그 등을형성하는 경우에는, 그 배선홈, 접속공 등을 형성하는 것도 가능하다. 그 뒤, 불필요했던 레지스트 마스크를 제거한다.At this time, the wiring groove is not formed in the memory cell region 6 basically, but in the case where a wiring, a plug, or the like is formed in the memory cell region 6 in which the magnetic layer is not required to be formed on the wiring sidewall, the wiring is formed. It is also possible to form a groove, a connection hole and the like. Thereafter, the unnecessary resist mask is removed.

다음에, 도 4의 (4)에 나타낸 것같이, 기지의 성막 기술을 이용하여, 예를 들면 스퍼터링법을 이용하고, 상기 배선홈(454)의 내면 및 보호막(81) 표면에, 배리어 메탈층(82)을 성막한다. 배리어 메탈층(82)은, 구리 및 자성체와의 반응을 억제하는 동시에 구리 및 자성체의 확산을 억제하는 재료이면 좋다. 예를 들면, 탄탈(Ta), 질화 탄탈(TaN), 텅스텐(W), 질화 텅스텐(WN)등을 들 수 있다.Next, as shown in Fig. 4 (4), a barrier metal layer is formed on the inner surface of the wiring groove 444 and the surface of the protective film 81 by using a known film forming technique, for example, using a sputtering method. (82) is formed. The barrier metal layer 82 may be a material that suppresses the reaction with copper and the magnetic body and at the same time suppresses the diffusion of the copper and the magnetic body. For example, tantalum (Ta), tantalum nitride (TaN), tungsten, tungsten nitride, etc. are mentioned.

그 뒤, 배리어 메탈층(82)의 표면에 구리 시드층(도시 생략)을 성막한 뒤, 예를 들면 전기 분해 도금에 의해, 배선홈(454)을 매립하도록 도전체(이하 동막으로 표기한다)을 성막한다. 이 동막은, 예를 들면 구리 혹은 동합금으로 이루어진다. 이것에 의해, 배선홈(454)내부가 동막에 의해 매립되는 동시에, 보호막(81) 위에도 배리어 메탈층(82)을 사이에 두고 동막이 퇴적된다. 그 뒤에, 보호막(81) 위의 동막, 배리어 메탈층(82)을, 예를 들면 화학적 기계 연마(CMP)법 등을 이용하여 제거하고, 홈배선구조의 동막을 주재료로 하는 주변회로영역(8)의 제 2배선(62)을 형성한다. 따라서 이 프로세스에서는, 주변회로영역(8)에만, 제 2 배선(62)이 형성된다.Subsequently, after forming a copper seed layer (not shown) on the surface of the barrier metal layer 82, a conductor (hereinafter referred to as copper film) to fill the wiring groove 444 by, for example, electrolytic plating. Tabernacle This copper film consists of copper or a copper alloy, for example. As a result, the inside of the wiring groove 444 is filled with the copper film, and the copper film is deposited on the protective film 81 with the barrier metal layer 82 interposed therebetween. Subsequently, the copper film on the protective film 81 and the barrier metal layer 82 are removed by, for example, chemical mechanical polishing (CMP) method, and the peripheral circuit region 8 containing the copper film of the grooved wiring structure as the main material. The second wiring 62 is formed. Therefore, in this process, the second wiring 62 is formed only in the peripheral circuit region 8.

상기 자기기억장치의 제조방법의 제 2 실시의 형태에서는, 제 2 배선(12, 62)을 형성하는 공정은, 메모리 셀영역(6)의 제 2배선(비트 선)(12)을 형성하는 공정과, 주변회로영역(8)의 제 2배선(62)을 형성하는 공정으로 이루어지고, 메모리 셀영역(6)의 비트선(12)을 형성하는 공정에서, 비트선(12)의 양측면 및 기억소자(13)에 대향하는 면과는 반대측의 면에 고투자율층으로 이루어지는 자성체층(52)을 설치한 비트선(12)이 형성되므로, 자성체층(52)에 의해 비트선(12)에서 발생되는 자계의 이용 효율이 높이지기 때문에, 기억소자(13)에의 기입 전류 치가 저감되는 구조가(이) 된다. 더욱이, 메모리 셀영역(6)의 비트선(12)을 형성하는 공정과, 주변회로영역(8)의 제 2 배선(62)을 형성하는 공정을 다른 공정으로 하므로, 비트선(12)을 피복하는 자성체층(52)은, 메모리 셀영역(6) 안에만 형성하는 것이 가능하고, 그 이외의 주변회로영역(8)에는 형성되지 않는다. 그 때문에, 주변회로영역(8)의 제 2 배선(62)에서는, 배선 주위에 자성체층을 형성하지 않는 만큼만 배선의 고집적화가 가능해진다. 즉, 제 2배선(62)에서는, 그 바로 위에 자성체층(522)을 형성하지 않기 때문에, 주변회로영역(8)에서의 자성체층(522)이 맞춰지지 않고 여유를 고려할 필요가 없다. 그 결과, 주변회로영역(8)의 제 2 배선(62)은 최소 설계 치수로 형성하는 것이 가능하기 때문에, 고집적화가 가능해진다. 바꾸어 말하면, 자성체층이 형성되는 것에 의한 배선 면적의 저감을 없애는 것이 가능하기 때문에, 그 만큼, 배선 면적이 증가함으로써 배선저항이 저감된다. 이것에 의해, 소비 전력의 저감, 발열량의 저감이 이루어지는 배선구조가 형성된다. 더욱이, 신호지연이 억제되고, 고속응답이 가능해진다.In the second embodiment of the manufacturing method of the magnetic memory device, the step of forming the second wirings 12 and 62 is a step of forming the second wiring (bit line) 12 of the memory cell region 6. And forming the second wiring 62 of the peripheral circuit region 8, and forming the bit lines 12 of the memory cell region 6, in which both sides and the memories of the bit lines 12 are formed. Since the bit line 12 having the magnetic layer 52 made of a high permeability layer is formed on the surface opposite to the surface opposite to the element 13, the magnetic layer 52 generates the bit line 12. Since the utilization efficiency of the magnetic field becomes higher, the structure in which the write current value to the storage element 13 is reduced becomes. Furthermore, since the process of forming the bit line 12 of the memory cell region 6 and the process of forming the second wiring 62 of the peripheral circuit region 8 are performed in different processes, the bit line 12 is covered. The magnetic layer 52 can be formed only in the memory cell region 6 and is not formed in the peripheral circuit region 8 other than that. Therefore, in the second wiring 62 of the peripheral circuit region 8, the integration of the wiring can be made high only as long as the magnetic layer is not formed around the wiring. That is, since the magnetic layer 522 is not formed directly on the second wiring 62, the magnetic layer 522 in the peripheral circuit region 8 does not fit and there is no need to consider the margin. As a result, since the second wiring 62 of the peripheral circuit region 8 can be formed with a minimum design dimension, high integration can be achieved. In other words, since it is possible to eliminate the reduction in the wiring area due to the formation of the magnetic layer, the wiring resistance is reduced by increasing the wiring area by that amount. As a result, a wiring structure in which power consumption is reduced and heat generation is reduced is formed. Furthermore, signal delay is suppressed and high speed response is possible.

다음에, 본 발명의 자기기억장치의 제조 방법에 관련되는 제 3실시의 형태를, 도 5의 제조공정 단면도에 의해 설명한다. 이 제 3실시의 형태에서는, 본 발명의 특징이라고 하는 제 2배선(비트 선)의 제조방법에 관하여 상세하게 설명한다. 또한, 도 5에서는, 도면을 향하여 좌측의 도면에 메모리 셀영역(6)을 보여주고, 우측의 도면에 주변회로영역(8)을 보여 준다.Next, a third embodiment according to the manufacturing method of the magnetic memory device of the present invention will be described with reference to the manufacturing process cross section of FIG. In this third embodiment, a manufacturing method of the second wiring (bit line), which is a feature of the present invention, will be described in detail. In addition, in Fig. 5, the memory cell region 6 is shown in the figure on the left toward the figure, and the peripheral circuit region 8 is shown in the figure on the right.

기지 기술에 의해, 예를 들면, 반도체 기판에, 메모리 셀영역(6)의 소자 형성영역 끼리나 주변회로영역(8)의 소자 형성영역 끼리를 분리하는 소자분리영역을 형성하고, 메모리 셀영역(6)의 소자 형성영역에 읽기를 위한 스위치 소자를 형성한다. 이 스위치 소자는, n형 또는 p형 전계효과 트랜지스터, 다이오드, 바이폴라 트랜지스터 등의 각종 스위치 소자로 형성하는 것이 가능하다. 또 주변회로영역(8)에도 소망의 소자, 배선 등을 형성한다.By the known technique, for example, an element isolation region for separating the element formation regions of the memory cell region 6 and the element formation regions of the peripheral circuit region 8 is formed in a semiconductor substrate, and the memory cell region ( A switch element for reading is formed in the element formation region of 6). This switch element can be formed with various switch elements, such as an n type or a V type field effect transistor, a diode, and a bipolar transistor. In the peripheral circuit region 8, desired elements, wirings and the like are formed.

상기 전계효과형 트랜지스터, 주변회로영역(8) 등을 덮는 상태로 제 1 절연막을 형성하고, 예를 들면, 제 1 절연막에 상기 스위치 소자 등의 하층의 소자, 배선 등에 접속하는 컨택트(예를 들면 텅스텐 플러그)를 형성한다. 더욱이 제 1 절연막상에 컨택트에 접속하는 센스선, 접속용 전극 등을 형성한다.A first insulating film is formed to cover the field effect transistor, the peripheral circuit region 8 and the like, and is connected to a first insulating film, for example, a contact connected to a lower element such as the switch element, wiring, or the like (for example, Tungsten plugs). Furthermore, a sense line for connecting to a contact, an electrode for connection, and the like are formed on the first insulating film.

상기 제1 절연막상에 제 2 절연막을 형성한다. 메모리 셀영역(6)에서의 제 2절연막은, 상기 센스선, 접속용 전극 등을 덮는다. 또 제 2 절연막에는 상기 접속용 전극에 접속하는 컨택트(예를 들면 텅스텐 플러그)를 형성한다.A second insulating film is formed on the first insulating film. The second insulating film in the memory cell region 6 covers the sense line, the connecting electrode and the like. In the second insulating film, a contact (for example, a tungsten plug) to be connected to the connecting electrode is formed.

다음에, 상기 제2 절연막상에 제 3절연막을 형성한다. 다음에, 상기 도3에 의해 설명한 방법 혹은 통상의 기입 워드선의 형성 방법에 의해, 제 3절연막에 제 1배선(기입 워드선)을 형성한다. 상기 도3에 의해 설명한 방법에서는, 상기 메모리 셀영역(6)에 제 1배선(기입 워드선)을 형성한 뒤에 주변회로영역(8)에 제 1배선을 형성한다. 통상의 기입 워드선의 형성 방법에서는, 메모리 셀영역(6) 및 주변회로영역(8)의 양방에 동시에 제 1배선(기입워드선)을 형성한다. 바람직하게는 전자의 방법이다. 그 뒤, 제 1배선을 피복하도록, 더욱이 제 3절연막을 형성한다. 또한, 상기 주변회로영역(8)에 제 1배선을 형성하는 것과 동시 프로세스에 의해, 메모리 셀영역(6)에서의 플러그, 접속용 전극 등을 형성하는 것도 가능하다.Next, a third insulating film is formed on the second insulating film. Next, the first wiring (write word line) is formed on the third insulating film by the method described with reference to Fig. 3 or the conventional writing word line forming method. In the method described with reference to Fig. 3, the first wiring (write word line) is formed in the memory cell region 6, and then the first wiring is formed in the peripheral circuit region 8. In the conventional writing word line forming method, the first wiring (write word line) is formed simultaneously in both the memory cell region 6 and the peripheral circuit region 8. Preferably it is the former method. Thereafter, a third insulating film is further formed to cover the first wiring. It is also possible to form a plug, a connection electrode, and the like in the memory cell region 6 by a process concurrent with the formation of the first wiring in the peripheral circuit region 8.

도 5의 (1)에 나타낸 것같이, 다음에, 상기 제3절연막(도시 생략)위에, 도전층(131), 자기 저항 효과형의 기억소자(예를 들면 TMR 소자)(13), 도전성의 캡 층(보호 메탈 층)(133)을 형성한다. 더욱이 기억소자 (13), 캡층(133) 등을 매립하도록 제 4절연막(44)을 형성한다. 그 후 화학적 기계 연마법에 의해, 캡 층(133)의 상면을 노출하게 하는 동시에, 제 4절연막(44)표면을 평탄화한다. 여기까지의 프로세스는 기존의 방법에 의해 하는 것이 가능하고, 상기 프로세스에 한정은 되지 않는다. 또, 기존의 상층 배선과 하층 배선을 접속하는 플러그 형성기술을 이용하고, 상기 제4절연막(44)에 하층의 배선 혹은 전극에 접속하는 플러그를 형성하는 것도 가능하다. 여기에서는, 도시한 것같이, 일례로서, 주변 회로영역(8)에 플러그(72)을 형성하였다. 이 플러그(72)의 형성은, 통상의 플러그 형성기술을 이용하는 것이 가능하다.As shown in FIG. 5 (1), on the third insulating film (not shown), a conductive layer 131, a memory element (for example, TMR element) 13 of a magnetoresistance effect type, a conductive A cap layer (protective metal layer) 1335 is formed. Further, the fourth insulating film 44 is formed to fill the memory element 13, the cap layer 133, and the like. Thereafter, the upper surface of the cap layer 133 is exposed by chemical mechanical polishing, and the surface of the fourth insulating film 44 is planarized. The process up to this point can be performed by the existing method, and is not limited to the said process. Moreover, it is also possible to form the plug connected to lower wiring or an electrode in the said 4th insulating film 44 using the plug formation technique which connects existing upper wiring and lower wiring. As shown here, as an example, the plug 72 is formed in the peripheral circuit region 8. The formation of this plug 72 can use a conventional plug formation technique.

더욱이 제 4절연막(44)위에 에칭 정지층(451)을 형성하고, 더욱이 층간 절연막(452)을 형성하고, 제 5절연막(45)을 형성한다. 상기 스토퍼 절연막(451)은, 제 5절연막(45)을 에칭하는 때의 에칭이 정지되는 절연막으로 형성되어, 예를 들면 질화 규소(SiN)막, 탄화 규소(SiC)막 등으로 형성한다. 상기 제 5절연막(45)은, 예를 들면 산화 규소(SiO2 )막, 불소를 포함하는 산화 규소(SiOF)막, 산화 탄화 규소(SiOC)막, 유기 화합물 막 등의 절연 재료 막 혹은 그들중 2종 이상을 이용한 적층 구조로서 형성한다.Further, an etch stop layer 451 is formed on the fourth insulating film 44, an interlayer insulating film 452 is further formed, and a fifth insulating film 45 is formed. The stopper insulating film 451 is formed of an insulating film which stops etching when the fifth insulating film 45 is etched, and is formed of, for example, a silicon nitride (SiN) film, a silicon carbide (SiC) film, or the like. The fifth insulating film 45 is, for example, an insulating material film such as a silicon oxide (SiO 2) film, a silicon oxide (SiOF) film containing fluorine, a silicon oxide carbide (SiOOC) film, an organic compound film, or two of them. It is formed as a laminated structure using more than one species.

다음에, 통상의 레지스트 도포기술, 석판 인쇄기술 및 에칭기술을 이용하고, 메모리 셀영역(6) 및 주변회로영역(8)에서의 비트선이 형성되는 영역의 상기 제 5절연막(45)에 배선홈(453, 454)을 형성한다. 그 뒤, 불필요하게 된 레지스트 마스크를 제거한다.Next, wiring is applied to the fifth insulating film 45 in the region where the bit lines are formed in the memory cell region 6 and the peripheral circuit region 8 by using a conventional resist coating technique, lithography technique, and etching technique. Grooves 453 and 454 are formed. Thereafter, the unnecessary resist mask is removed.

그 뒤, 기지의 성막 기술을 이용하고, 예를 들면 스퍼터링법을 이용하고, 상기배선홈(453, 454)의 내면 및 제 5절연막(45)표면에, 제 1배리어 메탈층(55), 자성체층(521)을 순서대로 성막한다. 제 1배리어 메탈층(55)은, 구리 및 자성체의 반응을 억제하는 동시에 구리 및 자성체의 확산을 억제하는 재료이면 좋다. 예를 들면, 탄탈(Ta), 질화 탄탈(TaN), 텅스텐(W), 질화 텅스텐(WN)등를(을) 들 수 있다. 또, 자성체층(521)으로서는, 예를 들면 최대 투자율μm이 100 이상의 연자성체를 이용하는 것이 가능하고, 구체적으로는, 일례로서 철, 코발트, 니켈중 적어도 1 종류를 포함하는 합금, 철·알루미늄(FeAl)합금 혹은 ferite 합금을 이용한다.Subsequently, the first barrier metal layer 55 and the magnetic material are formed on the inner surface of the wiring grooves 453 and 454 and the surface of the fifth insulating film 45 by using a known film formation technique, for example, a sputtering method. The layer 521 is formed in order. The first barrier metal layer 55 may be a material that suppresses the reaction between copper and the magnetic body and at the same time suppresses the diffusion of the copper and the magnetic body. For example, tantalum (TA), tantalum nitride (TAN), tungsten, tungsten nitride, etc. are mentioned. As the magnetic layer 521, for example, a soft magnetic material having a maximum magnetic permeability μm of 100 or more can be used. Specifically, for example, an alloy containing at least one of iron, cobalt, and nickel, iron and aluminum ( Fe alloys or ferite alloys are used.

다음에, 기지의 에치백 기술에 의해, 자성체층(521) 및 제 1바리 엿탈 층(55)을 이방성 에칭한다. 이 에칭의 가스에는, 예를 들면 염소를 포함한 할로겐 가스 또는 그것에 일산화탄소(CO) 혹은 암모니아(NH3 )을 첨가한 에칭 가스를 이용한다. 더욱이 산소를 첨가하여도 좋다. 예를 들면, 상기 제 2실시의 형태에서 설명한 자성체층(521) 및 제 1배리어 메탈층(55)을 이방성 에칭하는에칭 가스와 같은 가스를 이용했다. 이 결과, 배선홈(453, 454)의 측벽에 제 1배리어 메탈층(55)을 사이에 두고 자성체층(521)의 사이드월이 형성된다.Next, the magnetic layer 521 and the first stripped layer 55 are anisotropically etched by a known etch back technique. As the etching gas, for example, a halogen gas containing chlorine or an etching gas to which carbon monoxide (CO) or ammonia (NH3) is added thereto is used. Furthermore, oxygen may be added. For example, a gas such as an etching gas for anisotropically etching the magnetic layer 521 and the first barrier metal layer 55 described in the second embodiment was used. As a result, sidewalls of the magnetic layer 521 are formed on the sidewalls of the wiring grooves 453 and 454 with the first barrier metal layer 55 interposed therebetween.

다음에, 배선홈(453, 454)의 저부에 노출하고 있는 스토퍼 절연막(451)을 에칭에 의해 제거하고, 예를 들면, 메모리 셀영역(6)의 캡층(133) 표면, 주변회로영역(8)의 플러그(72) 표면을 노출하게 하다. 이 스토퍼 절연막(451)의 에칭 처리의 가스에는, 예를 들면 불소계의 가스를 이용한다. 예를 들면, 상기 제 2실시의 형태에서 설명한 스토퍼 절연막(451)의 에칭 가스와 동일한 가스를 이용했다.Next, the stopper insulating film 451 exposed to the bottoms of the wiring grooves 453 and 454 is removed by etching, for example, the cap layer 133 surface of the memory cell region 6 and the peripheral circuit region 8. To expose the surface of the plug 72. For example, a fluorine-based gas is used as the gas for etching the stopper insulating film 451. For example, the same gas as the etching gas of the stopper insulating film 451 described in the second embodiment was used.

다음에, 스퍼터링법에 의해, 자성체층(521)을 덮도록 배선홈(453, 454)의 각 내면를 포함하여 제 2배리어 메탈층(56)을 성막한다. 제 2배리어 메탈층(56)으로서는, 구리와의 반응 및 구리의 확산을 억제하는 재료인 것이 요구되고, 예를 들면 탄탈(Ta), 질화 탄탈(TaN), 텅스텐(W), 질화 텅스텐(WN) 등을 들 수 있고, 상기 제 1배리어 메탈층(55)과 동일 재질이어도, 다른 재질이어도 좋다.Next, the second barrier metal layer 56 is formed by sputtering to include the inner surfaces of the wiring grooves 453 and 454 so as to cover the magnetic layer 521. The second barrier metal layer 56 is required to be a material that suppresses the reaction with copper and the diffusion of copper. For example, tantalum (Ta), tantalum nitride (TaN), tungsten, and tungsten nitride The same material as the said 1st barrier metal layer 55 may be sufficient, and another material may be sufficient as it.

그 뒤, 제 2배리어 메탈층(56)의 표면에 구리 시드층(도시 생략)을 성막한 뒤, 예를 들면 전기 분해 도금에 의해, 배선홈(453, 454)을 매립하도록 도전체(이하 동막이라고 기록하다)를 성막한다. 이 동막은, 예를 들면 구리 혹은 동합금으로 이루어진다. 이것에 의해, 배선홈(453, 454) 내부가 동막에 의해 매립되는 동시에, 제 5절연막(45) 위에도 제 2배리어 메탈층(56)을 사이에 두고 동막이 형성된다. 그 뒤에, 제 2절연막(42) 위의 동막, 제 2배리어 메탈층(56), 자성체층(521), 제 1배리어 메탈층(55)을, 예를 들면 화학적 기계 연마(CMP)법 등을 이용하여 제거하고, 홈배선구조의 동막을 주재료로 하는 제 2 배선(12, 62)을형성한다.Subsequently, after forming a copper seed layer (not shown) on the surface of the second barrier metal layer 56, a conductor (hereinafter referred to as copper film) is formed so as to fill the wiring grooves 453 and 454 by, for example, electrolytic plating. To record). This copper film consists of copper or a copper alloy, for example. As a result, the insides of the wiring grooves 453 and 454 are filled with the copper film, and the copper film is formed on the fifth insulating film 45 with the second barrier metal layer 56 interposed therebetween. Subsequently, the copper film on the second insulating film 42, the second barrier metal layer 56, the magnetic layer 521, and the first barrier metal layer 553 are subjected to, for example, a chemical mechanical polishing (CMP) method. And the second wirings 12 and 62 are formed using the copper film of the groove wiring structure as a main material.

더욱이 도 5의 (2)에 나타낸 것같이, 제 2 배선(비트선을 포함한다)(12) 상면으로부터의 구리와의 반응, 구리의 확산을 억제하기 위해서 제 3배리어 메탈층(58)을 형성하고, 다음에 자성체층(522)을 형성한다. 더욱이 반사 방지 막(도시 생략)을 형성하여도 좋다. 제 3배리어 메탈층(58)은, 예를 들면 질화 규소(SiN), 탄화 규소(SiC)등의 절연막, 혹은, 제 1, 제 2배리어 메탈층(55, 56)과 같이, 탄탈(Ta), 질화 탄탈(TaN), 텅스텐(W), 질화 텅스텐(WN) 등을 이용하는 것이 가능하다. 또 자성체층(522)은, 상기 자성체층(521)과 동일의 재료로 형성하는 것이 가능하다. 또한, 반사 방지막은, 그 뒤의 석판 인쇄 공정의 노광시에 하지로부터의 반사의 영향이 문제가 되지 않는 경우에는 필수는 아니다. 여기에서는, 반사 방지막을 형성하지 않는 경우를 설명한다.Furthermore, as shown in FIG. 5 (2), the third barrier metal layer 58 is formed in order to suppress reaction with copper from the upper surface of the second wiring (including bit lines) 12 and diffusion of copper. Next, the magnetic layer 522 is formed. Furthermore, an antireflection film (not shown) may be formed. The third barrier metal layer 58 is, for example, an insulating film such as silicon nitride (SiN), silicon carbide (SiC), or tantalum (Ta) like the first and second barrier metal layers 55 and 560. , Tantalum nitride, tungsten, tungsten nitride, or the like can be used. The magnetic layer 522 can be formed of the same material as the magnetic layer 521. In addition, an antireflection film is not essential when the influence of the reflection from the base | substrate does not become a problem at the time of exposure of the subsequent lithography process. Here, the case where an antireflection film is not formed is demonstrated.

다음에, 통상의 레지스트 도포기술을 이용하고, 자성체층(522) 위에 레지스트막(도시 생략)을 형성한다. 다음에 석판 인쇄 기술에 의해, 클래드 구조를 남겨 두고 싶은 부분, 결국 TMR 소자가 형성되는 부분의 상부에 맞는 부분에만 레지스트막을 남겨 두고, 기타의 부분의 레지스트막을 제거한다.Next, using a conventional resist coating technique, a resist film (not shown) is formed on the magnetic layer 522. Next, by the lithography technique, the resist film is left only in the portion where the clad structure is to be left, that is, the upper portion of the portion where the TMR element is to be formed, and the resist film of the other portions is removed.

그 뒤, 상기 레지스트막을 에칭 마스크에 이용하고, 기지의 에칭기술에 의해, 자성체층(522) 및 제 3배리어 메탈층(58)을 에칭 제거한다. 이 에칭은, 제 5절연막(45)을 에칭 정지층으로 하고 에칭을 행한다. 이와 같이 하여, 상기 사이드 월상으로 형성된 자성체층(521)과, 상기 자성체층(522)으로 이루어지는 자성체층(52)이 비트선(12)의 상면 및 측면에 형성된다. 또한, 제 3배리어메탈층(58)이 절연막으로 형성되는 경우에는, 주변회로영역(8)에 남겨 두어도 좋다. 더욱이, 상기 프로세스에 의해, 주변회로영역(8)의 제 2배선(62) 위에 배리어 메탈층이 형성되지 않는 경우에는, 다른 프로세스에 의해, 주변회로영역(8)의 제 2 배선(62)을 피복하는 배리어 메탈층을 형성하는 것이 바람직하다.Thereafter, the resist film is used as an etching mask, and the magnetic layer 522 and the third barrier metal layer 58 are etched away by a known etching technique. This etching is performed by using the fifth insulating film 45 as an etching stop layer. In this way, the magnetic layer 521 formed on the sidewalls and the magnetic layer 52 formed of the magnetic layer 522 are formed on the upper and side surfaces of the bit line 12. In the case where the third barrier metal layer 58 is formed of an insulating film, the third barrier metal layer 58 may be left in the peripheral circuit region 8. Further, when the barrier metal layer is not formed on the second wiring 62 of the peripheral circuit region 8 by the above process, the second wiring 62 of the peripheral circuit region 8 is removed by another process. It is preferable to form the barrier metal layer to coat | cover.

상기 자기기억장치의 제조방법의 제 3실시의 형태에서는, 제 5절연막(45)에 제 2배선(비트 선)(12)을 형성하기 위한 배선홈(453)을 형성하는 때에, 캡층(133)을 피복하는 스토퍼 절연막(451)에 의해 에칭이 정지한다. 그리고, 배선홈(453)내면 및 제 5절연막(45)표면에 제 1배리어 메탈층(55)과 자성체층(521)을 순서대로 형성한 뒤, 배선홈(453) 저부의 자성체층(521), 제 1배리어 메탈층(55) 및 스토퍼 절연막(451)을 제거하고, 상기 캡층(133) 상면을 노출시키는 동시에 제 5절연막(45)위의 자성체층(521)과 제 1배리어 메탈층(55)을 제거하는 것으로부터, 배선홈(453) 그 측벽에 제 1배리어 메탈층(55)을 사이에 두고 자성체층(521)의 사이드 월이 형성된다. 그 때, 기억소자(13) 위의 캡층 (133)상면이 배선홈(453)저부에 노출된다. 그 뒤, 배선홈(453)안에 제 2배리어 메탈층(56)을 사이에 두고 배선의 주재료가 되는 동막(도전체)을 매립한 뒤, 제 5절연막(45)위의 동막 및 제 2배리어 메탈층(56)을 제거하고 배선홈(453)안에 동막으로 이루어지는 제 2배선(비트 선)(12)을 형성한다. 이 결과, 메모리 셀영역(6)의 제 2배선(12)은 제 2배리어 메탈층(56)을 사이에 두고 기억소자(13) 상부의 캡층(133)과 접속되게 되고, 주변회로영역(8)의 제 2배선(62)은 제 2배리어 메탈층(56)을 사이에 두고 플러그(72)와 접속되게 된다. 이와 같은 프로세스를 거치는 것에 의해, 홈배선 형성 기술에 의해, 제 2배선(12)의 측면을 덮는 자성체층(55)을 용이하게 형성하는 것이 가능해진다.In the third embodiment of the method for manufacturing the magnetic memory device, when the wiring groove 453 for forming the second wiring (bit line) 12 is formed in the fifth insulating film 45, the cap layer 1303 is formed. The etching is stopped by the stopper insulating film 451 covering the film. Then, the first barrier metal layer 55 and the magnetic layer 521 are sequentially formed on the inner surface of the wiring groove 453 and the surface of the fifth insulating film 45, and then the magnetic layer 521 of the bottom of the wiring groove 453. The first barrier metal layer 55 and the stopper insulating layer 451 are removed, and the top surface of the cap layer 133 is exposed, and at the same time, the magnetic layer 521 and the first barrier metal layer 55 on the fifth insulating layer 45 are removed. ), Sidewalls of the magnetic layer 521 are formed on the sidewalls of the wiring grooves 453 with the first barrier metal layer 55 therebetween. At that time, the upper surface of the cap layer 133 on the storage element 13 is exposed to the bottom of the wiring groove 453. Thereafter, a copper film (conductor), which is a main material of wiring, is embedded in the wiring groove 453 with the second barrier metal layer 56 interposed therebetween, and then the copper film and the second barrier metal on the fifth insulating film 45 are embedded. The layer 56 is removed and a second wiring (bit line) 12 made of copper film is formed in the wiring groove 453. As a result, the second wiring 12 of the memory cell region 6 is connected to the cap layer 133 above the memory element 13 with the second barrier metal layer 56 interposed therebetween. The second wiring 62) is connected to the plug 72 with the second barrier metal layer 56 interposed therebetween. Through such a process, it is possible to easily form the magnetic layer 55 covering the side surface of the second wiring 12 by the groove wiring formation technique.

더욱이, 제 5절연막(45)위에 메모리 셀영역(6)의 비트선(12)을 피복하는 제 3배리어 메탈층(58)을 형성한 뒤에 자성체층(522)을 형성하고, 그 뒤, 비트선(12) 위에 자성체층(522) 및 제 3배리어 메탈층(58)을 남겨 두도록 패터닝을 하는 것으로부터, 비트선(12)의 측벽 및 상면은 그 측벽에 형성된 자성체층(521)과 상기 자성체층(522)에 의해 거의 피복된다.Furthermore, after forming the third barrier metal layer 58 covering the bit line 12 of the memory cell region 6 on the fifth insulating film 45, the magnetic layer 522 is formed, and then the bit line. Patterning is carried out so as to leave the magnetic layer 522 and the third barrier metal layer 58 on (12), so that the sidewalls and top surfaces of the bit lines 12 are formed of the magnetic layer 521 and the magnetic layer formed on the sidewalls. It is almost covered by 522.

더욱이, 주변회로영역(8)의 제 2배선(62) 위에는 자성체층(522)은 형성되지 않는다. 따라서, 주변회로영역(8)의 제 2배선(62)의 측벽에는 자성체층(521)이 형성되어 있기는 하나, 제 2 배선(62)에서는, 그 바로 위에 자성체층(522)을 형성하지 않기 때문에, 주변회로영역(8)에서의 자성체층(522)의 맞추지 않고 여유를 고려할 필요가 없다. 그 결과, 주변회로영역(8)의 제 2 배선(62)은 최소 설계치수로 형성하는 것이 가능하기 때문에, 고 집적화가 가능해진다.Furthermore, the magnetic layer 522 is not formed on the second wiring 62 of the peripheral circuit region 8. Therefore, although the magnetic layer 521 is formed on the sidewall of the second wiring 62 of the peripheral circuit region 8, the magnetic layer 522 is not formed directly on the second wiring 62. Therefore, it is not necessary to consider the margin without matching the magnetic layer 522 in the peripheral circuit region 8. As a result, since the second wiring 62 of the peripheral circuit region 8 can be formed with a minimum design dimension, high integration can be achieved.

주변회로영역(8)에 제 2배선을 형성하는 방법으로서는, 상기 설명한 방법 이외에, 이하와 같은 방법으로서도 좋다.As a method of forming the second wiring in the peripheral circuit region 8, the following method may be used in addition to the method described above.

예를 들면, 상기 자기기억장치의 제조 방법에 관련되는 제 2실시의 형태에 있어서, 메모리셀영역(6)의 비트선(12)을 피복하는 보호막(81)을 형성한 뒤, 상기 제 2실시의 형태에서 설명한 것과 같이 하고, 주변회로영역(8)에 제 2배선(62)을 형성한다. 그 뒤, 메모리 셀영역(6)의 비트선(12) 위의 보호막(81)을 제거하고, 메모리 셀영역(6)의 비트선(12) 위 및 주변회로영역(8)의 제 2배선(62) 위를 피복하도록 배리어 메탈층(82) 및 자성체층(522)을 형성하고, 비트선(12) 및 제 2배선(62)의 형상으로 배리어 메탈층(82) 및 자성체층(522)의 패터닝을 행하여도 좋다.For example, in the second embodiment according to the manufacturing method of the magnetic memory device, after the protective film 81 covering the bit line 12 of the memory cell region 6 is formed, the second embodiment is performed. As described above, the second wiring 62 is formed in the peripheral circuit region 8. Thereafter, the passivation layer 81 on the bit line 12 of the memory cell region 6 is removed, and the second wiring (on the bit line 12 and the peripheral circuit region 8 of the memory cell region 6 is removed. 62. The barrier metal layer 82 and the magnetic layer 522 are formed to cover the layer 62, and the barrier metal layer 82 and the magnetic layer 522 are formed in the shape of the bit line 12 and the second wiring 62. Patterning may be performed.

상기 각 실시의 형태에서는, 홈배선만의 구조를 기재하고 있지만, 홈배선과 그 저부에 형성되는 접속공을 동시 프로세스에 형성하는 구조, 이른바 듀얼다마신 구조의 경우도 포함하고, 배선구조의 형상은 묻지 않는다. 또, 기억소자의 캡 층(133)과의 도통을 취하기 때문에, 도통공 등이 존재하여도 상관없다.In each of the above embodiments, only the structure of the groove wiring is described, but the structure of forming the groove wiring and the connection hole formed at the bottom thereof in a simultaneous process, the so-called dual damascene structure, also includes the shape of the wiring structure. Does not ask. In addition, since conduction with the cap layer 133 of the storage element is achieved, conduction holes or the like may exist.

상기 각 실시의 형태에서는 , 제 1, 제 2배리어 메탈층(55, 56), 배리어 메탈층(82)을 이용한 프로세스를 기재하였지만, 제 1배선(11)이 기억소자(13) 측을 제거하고 자성체층(51)에 피복되고, 제 2배선(12)이 기억소자(13) 측을 제거하고 자성체층(52)에 피복되고 있는 것을 특징으로 하고 있으면, 제 1, 제 2배리어 메탈층(55, 56), 배리어 메탈층(82)이 없어도 상관없다.In each of the above embodiments, a process using the first and second barrier metal layers 55 and 56 and the barrier metal layer 82 is described, but the first wiring 11 is removed from the storage element 13 side. The first and second barrier metal layers 55 are covered with the magnetic layer 51, and the second wiring 12 is covered with the magnetic layer 52 with the storage element 13 side removed. 56 and the barrier metal layer 82 may be omitted.

상기 각 실시의 형태에서는, 비트선(12) 위 및 제 2배선(62) 위에 형성되는 배리어 메탈층을, 예를 들면 코발트·텅스텐·인(Co-W-P)막으로 형성하는 것도 가능하다. 이 경우, 형성 방법이 배선 재료와의 치환 도금이 되기 때문에, 메모리 셀영역에서는, 그 뒤에 형성되는 자성체층(522)과 배선측벽에 형성되는 자성체층(521)이 접속되도록 형성되어, 기억소자(13)에의 전류자계의 인가 효율이 높여지기 때문에, 보다 저전류로의 기입을 행할 수 있다.In each said embodiment, it is also possible to form the barrier metal layer formed on the bit line 12 and on the 2nd wiring 62 with a cobalt tungsten phosphorus (COP-P-P) film, for example. . In this case, since the formation method is substitution plating with the wiring material, in the memory cell region, the magnetic layer 522 formed later and the magnetic layer 521 formed on the wiring side wall are formed so as to be connected to each other. Since the application efficiency of the current magnetic field to 13 is increased, writing with a lower current can be performed.

이상, 설명한 것같이 본 발명의 자기기억장치에 따르면, 메모리 셀영역 내만의 제 1배선의 양측면 및 기억소자에 대향하는 면과는 반대 측의 면에 고투자율층으로 이루어지는 자성체층이 형성되어 있기 때문에, 자성체층에 의해 제 1배선에서 발생되는 자계의 이용 효율이 높여지기 때문에, 기억소자로의 기입 전류치를 저감할 수 있다. 더욱이, 제 1배선을 피복하는 자성체층은, 메모리 셀영역 내에만 형성되어 있고, 그 이외의 주변회로영역에는 형성되어 있지 않기 때문에, 주변회로의 제 1배선에서는, 그 배선 주위에 자성체층을 형성하지 않는 만큼만 배선의 고 집적화가 가능해진다. 또, 자성체층이 형성되지 않는 만큼, 배선 면적을 증가하는 것이 가능하기 때문에, 배선저항을 저감할 수 있다. 이것에 의해, 소비 전력의 저감, 발열량의 저감이 가능해진다. 또, 제 2배선에 관하여도, 메모리 셀 영역 내만의 제 2배선의 양측면 및 기억소자에 대향하는 면과는 반대측의 면에 고투자율층으로 이루어지는 자성체층이 형성되어 있기 때문에, 제 1배선과 동일하게 되는 작용, 효과를 얻을 수 있다.As described above, according to the magnetic memory device of the present invention, since a magnetic layer made of a high permeability layer is formed on both sides of the first wiring only in the memory cell region and on the side opposite to the surface facing the memory element. Since the use efficiency of the magnetic field generated in the first wiring is increased by the magnetic layer, the write current value to the memory element can be reduced. In addition, since the magnetic layer covering the first wiring is formed only in the memory cell region and not in the other peripheral circuit region, the magnetic layer is formed around the wiring in the first wiring of the peripheral circuit. Higher integration of the wiring is possible as long as it is not. In addition, since the wiring area can be increased as long as the magnetic layer is not formed, the wiring resistance can be reduced. As a result, the power consumption can be reduced and the amount of heat generated can be reduced. In addition, also in the second wiring, since a magnetic layer made of a high permeability layer is formed on both sides of the second wiring only in the memory cell region and on the surface opposite to the surface facing the memory element, the same as the first wiring. You can get the effect.

본 발명의 자기기억장치의 제조 방법에 의하면, 메모리 셀영역의 제 1배선(기입 워드선) 및 제 2배선(비트 선)의 적어도 한 편의 배선의 양측면 및 기억소자에 대향하는 면과는 반대 측의 면에 고투자율층으로 이루어지는 자성체층을 형성하는 이른바 클래드 구조로 하므로, 자장의 이용효율을 높였던 자기기억장치를 제조하는 것이 가능하다. 그것에 의해, 기억소자로의 기입 전류치를 저감하는 것이 가능해지므로, 저소비전력, 저발열량의 자기기억장치를 제조하는 것이 가능하다. 또, 메모리 셀 이외의 주변회로영역에 있어서는, 종래의 배선 형성기술을 이용하는 것이 가능해진다.According to the manufacturing method of the magnetic memory device of the present invention, both sides of at least one of the first wiring (write word line) and the second wiring (bit line) of the memory cell region and the side opposite to the surface facing the memory element are provided. Since it has a so-called clad structure which forms a magnetic layer composed of a high permeability layer on the surface thereof, it is possible to manufacture a magnetic memory device having improved utilization efficiency of a magnetic field. As a result, it is possible to reduce the write current value to the memory device, and therefore it is possible to manufacture a magnetic memory device having low power consumption and low heat generation. In the peripheral circuit region other than the memory cell, it is possible to use a conventional wiring forming technique.

Claims (9)

동일 기판에 메모리셀영역과 주변회로영역이 탑재된 자기기억장치이며,A magnetic memory device in which a memory cell area and a peripheral circuit area are mounted on the same substrate. 상기 메모리셀영역은The memory cell area is 제 1배선과,The first wiring, 상기 제 1배선과 입체적으로 교차하는 제 2배선과,A second wiring three-dimensionally intersecting with the first wiring; 상기 제 1배선과 상기 제 2배선의 교차영역에 자기스핀의 정보를 기억하고 재생하는 자기저항효과형의 기억소자를 구비하고,A magnetoresistive effect memory element for storing and reproducing information on the magnetic spins in an intersection region of the first wiring and the second wiring; 상기 주변회로영역은The peripheral circuit area is 상기 메모리셀영역의 제 1배선과 동일 배선층의 제 1배선과,A first wiring of the same wiring layer as the first wiring of the memory cell region, 상기 메모리셀영역의 제 2배선과 동일 배선층의 제 2배선을 갖추고,A second wiring of the same wiring layer as the second wiring of the memory cell region, 상기 메모리셀영역내만의 상기 제 1배선의 양측면 및 상기 기억소자에 대향하는 면과는 반대측의 면에 고투자율층으로 이루어지는 자성체층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기기억장치.A magnetic memory device comprising a high magnetic permeability layer formed on both sides of the first wiring only in the memory cell region and on a surface opposite to the surface facing the memory element. 동일 기판에 메모리셀영역과 주변회로영역이 탑재된 자기기억장치이며,A magnetic memory device in which a memory cell area and a peripheral circuit area are mounted on the same substrate. 상기 메모리셀영역은The memory cell area is 제 1배선과,The first wiring, 상기 제 1배선과 입체적으로 교차하는 제 2배선과,A second wiring three-dimensionally intersecting with the first wiring; 상기 제 1배선과 상기 제 2배선의 교차영역에 자기스핀의 정보를 기억하고재생하는 자기저항효과형의 기억소자를 구비하고,A magnetoresistive effect memory element for storing and reproducing information on the magnetic spin in an intersection region of the first wiring and the second wiring; 상기 주변회로영역은The peripheral circuit area is 상기 메모리셀영역의 제 1배선과 동일 배선층의 제 1배선과,A first wiring of the same wiring layer as the first wiring of the memory cell region, 상기 메모리셀영역의 제 2배선과 동일 배선층의 제 2배선을 갖추고,A second wiring of the same wiring layer as the second wiring of the memory cell region, 상기 메모리셀영역내만의 상기 제 2배선의 양측면 및 상기 기억소자에 대향하는 면과는 반대측의 면에 고투자율층으로 이루어지는 자성체층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기기억장치.A magnetic memory device comprising a high magnetic permeability layer formed on both sides of the second wiring only in the memory cell area and on a surface opposite to the surface facing the memory element. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 메모리셀영역내만의 상기 제 2배선의 양측면 및 상기 기억소자에 대향하는 면과는 반대측의 면에 고투자율층으로 이루어지는 자성체층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기기억장치.A magnetic memory device comprising a high magnetic permeability layer formed on both sides of the second wiring only in the memory cell area and on a surface opposite to the surface facing the memory element. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 주변회로영역내에 있어서의 상기 제 2배선의 일부면에 고투자율층으로 이루어지는 자성체층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기기억장치.A magnetic memory device comprising a high magnetic permeability layer formed on a portion of the second wiring in the peripheral circuit area. 동일 기판에 메모리셀영역과 주변회로영역이 탑재된 자기기억장치의 제조방법이며,A method of manufacturing a magnetic memory device in which a memory cell region and a peripheral circuit region are mounted on the same substrate. 제 1배선을 형성하는 공정과,Forming a first wiring, 터널절연층을 강자성체로 끼워서 이루어진 것으로 상기 제 1배선과 전기적으로 절연된 터널자기저항소자를 형성하는 공정과,Forming a tunnel magnetoresistive element electrically insulated from the first wiring by sandwiching the tunnel insulation layer with a ferromagnetic material; 상기 터널자기저항소자와 전기적으로 접속하는 것으로 상기 터널 자기저항소자를 사이에 하여 상기 제 1배선과 입체적으로 교차하는 제 2배선을 형성하는 공정을 갖추고,Electrically connecting the tunnel magnetoresistive element to form a second interconnection intersecting the first interconnection in three dimensions with the tunnel magnetoresistive element interposed therebetween, 상기 제 2배선을 형성하는 공정과,Forming the second wiring; 상기 메모리셀영역의 제 2배선을 형성하는 공정과,Forming a second wiring of the memory cell region; 상기 주변회로영역의 제 2배선을 형성하는 공정으로 이루어지고,Forming a second wiring of the peripheral circuit region; 상기 메모리셀영역의 제 2배선을 형성하는 공정은The process of forming the second wiring of the memory cell region is 상기 기판의 메모리셀영역을 형성하는 영역에 배선홈을 형성하는 공정과,Forming a wiring groove in an area forming the memory cell area of the substrate; 상기 배선홈의 측면에 고투자율층으로 이루어지는 자성체층을 형성하는 공정과,Forming a magnetic layer composed of a high permeability layer on the side of the wiring groove; 상기 배선홈의 측면에 상기 자성체층을 통하여 제 1배선을 형성하는 공정을 갖춘 것을 특징으로 하는 자기기억장치의 제조방법.And forming a first wiring on the side surface of the wiring groove through the magnetic layer. 동일 기판에 메모리셀영역과 주변회로영역을 형성하는 자기기억장치의 제조방법이며,A method of manufacturing a magnetic memory device for forming a memory cell region and a peripheral circuit region on the same substrate, 제 1배선을 형성하는 공정과,Forming a first wiring, 터널절연층을 강자성체로 끼워서 이루어진 것으로 상기 제 1배선과 전기적으로 절연된 터널자기저항소자를 형성하는 공정과,Forming a tunnel magnetoresistive element electrically insulated from the first wiring by sandwiching the tunnel insulation layer with a ferromagnetic material; 상기 터널자기저항소자와 전기적으로 접속하는 것으로 상기 터널 자기저항소자를 사이에 하여 상기 제 1배선과 입체적으로 교차하는 제 2배선을 형성하는 공정을 갖추고,Electrically connecting the tunnel magnetoresistive element to form a second interconnection intersecting the first interconnection in three dimensions with the tunnel magnetoresistive element interposed therebetween, 상기 제 1배선을 형성하는 공정과,Forming the first wiring; 상기 메모리셀영역의 제 1배선을 형성하는 공정과,Forming a first wiring of the memory cell region; 상기 주변회로영역의 제 1배선을 형성하는 공정으로 이루어지고,Forming a first wiring of the peripheral circuit region; 상기 메모리셀영역의 제 1배선을 형성하는 공정은The process of forming the first wiring of the memory cell region is 상기 기판의 메모리셀영역을 형성하는 영역에 배선홈을 형성하는 공정과,Forming a wiring groove in an area forming the memory cell area of the substrate; 상기 배선홈의 내면에 고투자율층으로 이루어지는 자성체층을 형성하는 공정과,Forming a magnetic layer comprising a high permeability layer on an inner surface of the wiring groove; 상기 배선홈의 내부에 상기 자성체층을 통하여 제 1배선을 형성하는 공정을 갖춘 것을 특징으로 하는 자기기억장치의 제조방법.And forming a first wiring through the magnetic layer in the wiring groove. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 제 2배선을 형성하는 공정은,The step of forming the second wiring, 상기 메모리 셀 영역의 제 2배선을 형성하는 공정과,Forming a second wiring of the memory cell region; 상기 주변회로영역의 제 2배선을 형성하는 공정으로 이루어지고,Forming a second wiring of the peripheral circuit region; 상기 메모리 셀 영역의 제 2배선을 형성하는 공정은,Forming a second wiring of the memory cell region, 상기 기판의 메모리 셀 영역을 형성하는 영역에 배선홈를 형성하는 공정과,Forming a wiring groove in an area forming the memory cell area of the substrate; 상기 배선홈의 측면에 고투자율층으로 이루어지는 자성체층을 형성하는 공정과,Forming a magnetic layer composed of a high permeability layer on the side of the wiring groove; 상기 배선홈의 측면에 상기 자성체층을 사이에 두고 상기 배선홈를 매립하는 제 2배선을 형성하는 공정과,Forming a second wiring on the side surface of the wiring groove with the magnetic layer interposed therebetween; 상기 제 2배선 상에 고투자율층으로 이루어지는 자성체층을 형성하는 공정을 갖춘 것을 특징으로 하는 자기기억장치의 제조방법.A method of manufacturing a magnetic memory device, comprising the step of forming a magnetic layer comprising a high permeability layer on the second wiring. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 기판의 메모리 셀영역을 형성하는 영역에 배선홈를 형성하는 때에 상기 기판의 주변회로영역을 형성하는 영역에도 배선홈를 형성하고,When the wiring groove is formed in the region forming the memory cell region of the substrate, the wiring groove is also formed in the region forming the peripheral circuit region of the substrate, 상기 메모리 셀영역을 형성하는 영역 및 상기 주변회로영역을 형성하는 영역의 배선홈의 측면에 고투자율층으로 이루어지는 자성체층을 형성하고,Forming a magnetic layer composed of a high permeability layer on the side surface of the wiring groove of the region forming the memory cell region and the region forming the peripheral circuit region; 상기 메모리 셀 영역을 형성하는 영역 및 상기 주변회로영역을 형성하는 영역의 배선홈의 측면에 상기 자성체층을 사이에 두고 상기 배선홈를 매립하는 제 2 배선을 형성하고,Forming a second wiring on the side of the wiring groove of the region forming the memory cell region and the peripheral circuit region, and filling the wiring groove with the magnetic layer interposed therebetween; 상기 메모리 셀 영역만의 제 2 배선상에 고투자율층으로 이루어지는 자성체층을 형성하는 것을 특징이라고 하는 자기기억장치의 제조방법.A method of manufacturing a magnetic memory device, characterized in that a magnetic layer composed of a high permeability layer is formed on a second wiring only in the memory cell region. 상기 기판의 메모리 셀영역을 형성하는 영역에 배선홈를 형성하는 때에 상기 기판의 주변회로영역을 형성하는 영역에도 배선홈를 형성하고,When the wiring groove is formed in the region forming the memory cell region of the substrate, the wiring groove is also formed in the region forming the peripheral circuit region of the substrate, 상기 메모리 셀영역을 형성하는 영역 및 상기 주변회로영역을 형성하는 영역의 배선홈의 측면에 고투자율층으로 이루어지는 자성체층을 형성하고,Forming a magnetic layer composed of a high permeability layer on the side surface of the wiring groove of the region forming the memory cell region and the region forming the peripheral circuit region; 상기 메모리 셀영역을 형성하는 영역 및 상기 주변회로영역을 형성하는 영역의 배선홈의 측면에 상기 자성체층을 사이에 두고 상기 배선홈를 매립하는 제 2 배선을 형성하고,Forming a second wiring on the side of the wiring groove of the region forming the memory cell region and the peripheral circuit region, and filling the wiring groove with the magnetic layer interposed therebetween; 상기 메모리 셀 영역만의 제 2배선상에 고투자율층으로 이루어지는 자성체층을 형성하는 것을 특징으로 하는 자기기억장치의 제조방법.And forming a magnetic material layer comprising a high permeability layer on the second wiring of only the memory cell region.
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